东亚三角涡虫磷脂爬行酶基因的克隆、进化、表达和功能分析

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涡虫是无脊椎动物中扁形动物门的典型代表,因其具有极强的再生能力而被作为研究再生、干细胞、神经和发育等方面的模式生物。近年来,人们发现涡虫不但具有高效的清除病原体的能力,还具有较低的感染率,表明涡虫具有强大的先天免疫能力。磷脂爬行酶(phospholipid scramblase,PLSCR)家族编码了一组Ca2+依赖的多棕榈酰化II型膜蛋白,能够参与脂质代谢、线粒体结构功能维护、血液凝固等多种生物学过程。最新的研究发现PLSCR参与了哺乳动物免疫应答过程,其具有抗菌及抗病毒活性。但是在无脊椎动物尤其是在涡虫中,是否存在PLSCR及它可能行使的生物学功能目前依然未知。本研究首次从东亚三角涡虫(Dugesia japonica)中克隆了PLSCR,并以DjPLSCR为研究对象,对其基因结构特征,进化地位及其功能进行了初步探索。利用RT-PCR(reverse transcription PCR)和RACE(rapid-amplification of cDNA ends)技术克隆了东亚三角涡虫DjPLSCR基因的cDNA序列。它的最大开放阅读框为726bp,共编码241个氨基酸残基,预测分子量为28.7 k Da;利用Meg Align软件对其进行多序列比对发现DjPLSCR含有4个保守的关键结构域,分别为DNA结合结构域,非典型的核定位信号,保守的Ca2+结合的EF手性基序、跨膜结构域;利用MAGE 4构建分子进化树发现,DjPLSCR与秀丽隐杆线虫scrm1、scrm4(PLSCR同源基因)聚为一支,位于无脊椎动物的基部,表明了DjPLSCR的进化地位与涡虫的进化地位一致。为研究PLSCR的功能,利用原位杂交技术对成体以及再生过程中涡虫DjPLSCR的m RNA进行了定位研究,结果显示DjPLSCR主要分布于涡虫的咽部;将涡虫切割成头、中(含咽部)以及尾三部分,进一步使用实时定量PCR(q RT-PCR)验证:DjPLSCR在含有咽部的中段表达量明显高于头部与尾部段,表明DjPLSCR m RNA在涡虫主要的免疫器官之一的咽部有明显的高表达。随后,本研究分析了DjPLSCR的m RNA在病原相关分子模式[LPS、PGN、ploy(I:C)以及β-Glu]、干扰素以及菌(大肠杆菌、枯草芽孢杆菌)刺激后的表达变化,结果表明诱导后DjPLSCR表达均呈现上升趋势,暗示DjPLSCR可能参与涡虫的免疫应答过程。为进一步研究PLSCR的功能,利用bac-to-bac技术构建杆状病毒真核表达载体v Ac-DjPLSCR,并对DjPLSCR进行了western blot检测,结果表明DjPLSCR大小为~28.7 KDa,与预测大小一致。此外,构建了DjPLSCR的N-端融合GFP或3Flag的表达载体,利用激光共聚焦技术对其亚细胞定位进行研究。结果表明在正常状态下DjPLSCR是细胞质与细胞核中均匀分布;在病毒诱导下,DjPLSCR主要位于细胞膜上。这不仅说明病毒诱导涡虫后,DjPLSCR的表达发生了变化,还进一步为DjPLSCR参与涡虫的免疫过程提供了实验支持。为了研究DjPLSCR参与免疫作用的机制,我们克隆了它的调控因子STAT,对其进行了表达和功能的研究和探索,最后,研究了STAT与DjPLSCR的相互作用关系。原位杂交结果显示DjSTAT主要在涡虫的咽部与头部表达;q RT-PCR表明涡虫经LPS、poly(I:C)诱导后DjSTAT表达呈上升趋势,推测其可能参与了涡虫的免疫反应。RNAi沉默DjSTAT后,涡虫身体发生溃烂,推测DjSTAT可能与细胞凋亡有关;当DjSTAT表达下调后,DjPLSCR也发生显著表达下调,表明DjPLSCR是DjSTAT下游蛋白,暗示了涡虫可能通过调节DjSTAT-DjPLSCR介导的信号通路参与免疫反应。综上所述,本研究首次在东亚三角涡虫中克隆了DjPLSCR基因,并对它的基因结构、功能及其作用机制等方面进行了研究,不仅为进一步研究DjPLSCR参与免疫作用的机制奠定了基础,也拓展了DjPLSCR基因结构和功能的研究。
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