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低氧诱导因子(hypoxia inducible factors,HIFs)是氧依赖性基因表达变化的主要调节因子,其在免疫调节中也发挥着重要作用。HIF参与感染性疾病和炎症反应,为我们治疗疾病提供了新的治疗靶点。目前在鱼类中关于HIF的免疫调控研究还比较少。本研究对鲤HIF家族进行全基因组识别、起源进化及组织表达分析等,并研究了黄河鲤(Cyprinus carpio)初次感染及二次感染嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)后HIFs的表达模式及不同乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)对HIFs的表达影响,为我们深入研究鲤HIFs的免疫调控功能奠定基础,以期为黄河鲤嗜水气单胞菌感染疾病的治疗提供新的思路。
首先,本研究从鲤基因组数据库中鉴定出16个HIFs并进行了系统进化分析。比较基因组学分析显示鲤HIF基因家族出现了大的扩增现象,证实了鲤第四轮全基因组复制(whole genome duplication,WGD)事件。为进一步了解HIFs的功能,对其结构域进行了预测。所有的HIFs都具有保守的碱性螺旋环螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)-PAS(PER-ARNT-SIM)结构域,这对它们形成二聚体和结合下游靶标是至关重要的。系统发育结果显示,所有的HIFs被分为两个亚家族,鲤HIF与其它硬骨鱼的直系同源聚为一支,表明它们在进化过程中的高度保守性。通过RT-PCR检测组织表达情况,大多数HIF具有广泛的组织分布,但表现出组织特异性表达模式,此外拷贝基因之间存在表达分歧,为鲤WGD事件后的功能分化提供了证据。
其次,对鲤初次感染及二次感染嗜水气单胞菌后鲤HIFs的表达进行了qRT-PCR分析,并制备HIF1B-1/HIF1B-2的抗体检测蛋白水平的表达。结果显示大多数基因在一次感染和二次感染后的表达量均低于对照组,蛋白表达结果与mRNA呈现相反的趋势,这可能是积累的蛋白对mRNA的一种负反馈调节机制。此外,一次感染和二次感染的不同表达模式可能说明HIFs在先天性免疫和适应性免疫中的不同作用。
最后,我们研究了不同乳酸乳球菌菌株对感染嗜水气单胞菌的鲤鱼肾脏HIFα亚家族成员表达的影响。结果显示大多数HIFs在感染早期表达量较高,而在感染后48h时表达量下降到一个较低的水平。这一现象证实,HIFs起着类似于开关的作用,在感染早期去调节下游免疫因子的产生。因此,激活HIFs可能是治疗感染性疾病的有效方法。与预期结果一样,与对照组相比,乳酸乳球菌处理组显著提高了HIFs的表达(P<0.05),且三种菌株的效果不同。乳酸乳球菌菌株1对HIFs的诱导作用强于菌株2和菌株3,进一步对菌株1处理组进行了部分炎症因子的表达分析,结果表明菌株1处理组能够显著上调iNOS、IL1β的表达并下调IL10的表达(P<0.05),菌株1可能能够作为HIFs的激活剂应用于鱼类细菌性疾病的治疗。
首先,本研究从鲤基因组数据库中鉴定出16个HIFs并进行了系统进化分析。比较基因组学分析显示鲤HIF基因家族出现了大的扩增现象,证实了鲤第四轮全基因组复制(whole genome duplication,WGD)事件。为进一步了解HIFs的功能,对其结构域进行了预测。所有的HIFs都具有保守的碱性螺旋环螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)-PAS(PER-ARNT-SIM)结构域,这对它们形成二聚体和结合下游靶标是至关重要的。系统发育结果显示,所有的HIFs被分为两个亚家族,鲤HIF与其它硬骨鱼的直系同源聚为一支,表明它们在进化过程中的高度保守性。通过RT-PCR检测组织表达情况,大多数HIF具有广泛的组织分布,但表现出组织特异性表达模式,此外拷贝基因之间存在表达分歧,为鲤WGD事件后的功能分化提供了证据。
其次,对鲤初次感染及二次感染嗜水气单胞菌后鲤HIFs的表达进行了qRT-PCR分析,并制备HIF1B-1/HIF1B-2的抗体检测蛋白水平的表达。结果显示大多数基因在一次感染和二次感染后的表达量均低于对照组,蛋白表达结果与mRNA呈现相反的趋势,这可能是积累的蛋白对mRNA的一种负反馈调节机制。此外,一次感染和二次感染的不同表达模式可能说明HIFs在先天性免疫和适应性免疫中的不同作用。
最后,我们研究了不同乳酸乳球菌菌株对感染嗜水气单胞菌的鲤鱼肾脏HIFα亚家族成员表达的影响。结果显示大多数HIFs在感染早期表达量较高,而在感染后48h时表达量下降到一个较低的水平。这一现象证实,HIFs起着类似于开关的作用,在感染早期去调节下游免疫因子的产生。因此,激活HIFs可能是治疗感染性疾病的有效方法。与预期结果一样,与对照组相比,乳酸乳球菌处理组显著提高了HIFs的表达(P<0.05),且三种菌株的效果不同。乳酸乳球菌菌株1对HIFs的诱导作用强于菌株2和菌株3,进一步对菌株1处理组进行了部分炎症因子的表达分析,结果表明菌株1处理组能够显著上调iNOS、IL1β的表达并下调IL10的表达(P<0.05),菌株1可能能够作为HIFs的激活剂应用于鱼类细菌性疾病的治疗。