安氏隐孢子虫脱囊过程的蛋白组学分析和蛋白表达初步研究

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隐孢子虫(Cryptosporidium)是一种重要的人兽共患寄生性原虫,能够感染所有的陆生生物和大部分水生生物。牛是隐孢子虫的主要宿主之一,常见于牛的有微小隐孢子虫(Cryptosporidium parvum)、安氏隐孢子虫(C.andersoni)、芮氏隐孢子虫(C.ryanae)和牛隐孢子虫(C.bovis),其中安氏隐孢子虫足中国断奶后犊牛和成年牛的优势虫种。隐孢子虫感染可引起奶牛不同程度的体重减轻,饲料利用率低下和产奶量下降,严重制约了畜牧业的发展。更重要的是,目前尚无有效的药物或疫苗用于隐孢子虫病的防治,硝唑尼特被FDA批准为隐孢子虫病治疗药物,其效果却不容乐观。隐孢子虫卵囊的脱囊过程是隐孢子虫感染成功的关键,然而目前对脱囊机制的理解仍然不深。本研究对安氏隐孢子虫未脱囊卵囊和脱囊卵囊两个时期的蛋白组进行了比较分析,以加深对其脱囊及入侵宿主细胞的理解。
  奶牛源安氏隐孢子虫卵囊的收集和分离纯化。本试验运用流行病学调查的方法寻找安氏隐孢子虫感染的阳性牛,大量采集阳性牛的新鲜粪便样品。使用离心沉淀法,蔗糖溶液密度梯度离心法,氯化铯密度梯度离心法分离纯化粪便中的安氏隐孢子虫卵囊。采用血细胞计数法对纯化的卵囊计数,结果显示共分离纯化出约4.0×109个安氏隐孢子虫卵囊,活性检测表明安氏隐孢子虫卵囊在37℃水浴的条件下其脱囊率可达80%以上,符合后续蛋白组学试验的要求。本研究对复杂粪便样品中隐孢子虫卵囊的纯化方法进行了改进,纯化出大量的高纯度卵囊,可以应用于体外实验。
  安氏隐孢子虫未脱囊卵囊和脱囊卵囊的比较蛋白组。本实验通过将TMT标记、高效液相色谱分级技术以及基于质谱的定量蛋白质组学技术等一系列前沿技术的有机结合,对奶牛源安氏隐孢子虫未脱囊和脱囊卯囊进行定量蛋白组学的研究。定量结果显示共1660个蛋白质包含定量信息,17个蛋白在脱囊前后发生了差异表达,其中10个上调蛋白,7个下调蛋白。基于获得的数据,我们对所有鉴定到的蛋白质进行了系统的生物信息学分析(蛋白功能注释),并且对所有差异表达蛋白进行了功能分类、功能富集及基于功能富集的聚类分析。差异表达蛋白主要涉及5个生物学过程、4个细胞组成和3个分子功能;生物学过程主要表现为代谢过程,单一生物过程和细胞过程;细胞组成主要表现为细胞器和细胞成分;分子功能主要表现为催化活性和结合。此外,差异表达蛋白较多的参与了RNA加工与修饰、翻译后修饰、蛋白质转换、分子伴侣等功能。染色体浓缩调节因子(Regulator of condensation1,RCC1)、组蛋白H2A(Histone H2A)和一个未攀定蛋白(蛋白臀录号:A0A1J4MP75,包含High mobility group box domains)在脱囊后均上调,可能参与了调控基因的表达和安氏隐孢子虫脱囊程序的启动。天冬氨酸蛋白酶家族蛋白(Aspartyl protease family protein)可能参与了对宿主细胞的损伤。一个未鉴定蛋白(蛋白登录号:B6AJJ3)可能参与安氏隐孢子虫子孢子应对恶劣的胃环境有关。天冬氨酸蛋白酶家族蛋白、硫氧还蛋白(Thioredoxin reductase)、rRNA甲基转移酶(Putative rRNA methyltransferase)和一个未鉴定蛋白(蛋白登录号:A0A0S4TFF5)参与了脱囊前的能量和物质积累。定性结果显示1752个蛋白获得鉴定,对这些蛋白的进一步研究有助于我们更深入的了解其生活史和致病机制,为疫苗研制寻找潜在的靶点。
  差异表达蛋白的基因转录规律分析。本实验选取9个差异表达蛋白,基于基因序列设计实时荧光定量PCR(RT-qPCR)特异性引物,选择18S基因作为内参,运用RT-qPCR的方法对其在脱囊后不同时问点(0h、1h、2h、3h和4h)的转录情况进行分析。基因转录的定量结果与利用TMT的方法进行的蛋白定量结果一致。结果表明这些差异表达的蛋白与安氏隐孢子虫的脱囊相关。
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