硫化物应激下单环刺螠MAPK信号通路的功能初探

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JNK、p38和ERK是MAPK信号通路中三条主要亚通路的关键分子,在生物体内参与多种生命进程,如细胞增殖、分化、黏附、存活、死亡、代谢以及应对多种环境应激等。目前大多数的相关研究都聚焦于哺乳动物,并且在体外培养细胞中开展研究。海洋无脊椎动物种类繁多,具有多样的生理特征和生存环境,开展MAPK通路在低等动物中的相关研究,将有助于人们系统认知这些通路的生物学功能以及阐述其在动物适应环境中的作用。单环刺蜢(Urechis unicinctus)是一种栖息于沿岸底质“U”形管道内的蜢虫动物,在退潮期间其洞穴内的硫化物浓度通常明显提高。之前的研究表明单环刺螠可以耐受这种硫化物的暴露,并且已在细胞学特征、代谢产物以及关键酶的作用等方面对这种现象进行了解析。本文定位于MAPK信号通路,尝试研究其在单环刺螠耐受硫化物过程中的作用,以期确定单环刺螠组织细胞中参与应对硫化物的关键MAPK亚通路,为揭示单环刺螠耐受硫化物的分子机制提供科学数据。本研究取得的主要结果如下:  采用RACE技术获得了单环刺螠MAPK通路3个亚通路中的关键分子JNK、p38和ERK的cDNA序列,其中JNK cDNA序列全长为2102 bp,编码403个氨基酸;p38 cDNA序列全长为2772 bp,编码363个氨基酸;ERK cDNA部分序列长度为507 bp,可编码169个氨基酸。将JNK、p38的ORF(开放阅读框,openreading frame)全长序列与pET28a载体连接构建重组表达质粒,体外成功表达了包涵体形式的JNK、p38重组蛋白并获得纯度大于85%的纯化蛋白,制备了它们的多克隆抗体。  使用本次获得JNK、p38多克隆抗体以及商业购买的ERK多克隆体和3种蛋白的磷酸化单克隆抗体,采用Western blot技术研究了单环刺螠暴露在50μM和150μM硫化物环境下,其呼吸肠细胞中上述3个关键分子总蛋白(非磷酸化蛋白,未活化型蛋白)含量和磷酸化蛋白(活化型蛋白)含量的变化,结果显示:当单环刺蜢暴露于硫化物环境中时,其呼吸肠细胞中磷酸化JNK的含量呈现显著性地持续升高趋势,其起始显著升高发生在单环刺螠暴露0.5 h,随着暴露时间的延长,磷酸化JNK的含量持续升高,并在150μM硫化物暴露48 h时其含量增至最高,为对照组的10.2倍;此外,暴露于50μM硫化物中的单环刺螠呼吸肠磷酸化JNK含量普遍低于150μM硫化物相同暴露时间的磷酸化JNK的含量。单环刺蜢呼吸肠中磷酸化ERK的含量在硫化物暴露0.25 h~1 h期间呈现瞬时显著增高的特点,之后其表达量与对照组以及不同浓度硫化物组间均无显著性差异;单环刺蜢呼吸肠中磷酸化p38的含量在整个硫化物暴露期间未见显著性变化。单环刺蜢硫化物暴露期间,JNK、p38在呼吸肠中的总蛋白含量均未见显著性变化,除了p38总蛋白含量在暴露后0.25 h时显著升高;ERK的总蛋白水平在150μM硫化物处理下呈现先降低后恢复原水平的变化,而在50μM硫化物处理组中则持续降低至原水平的35%后维持稳定状态。  本研究结果表明,在MAPK通路的3个子通路中,JNK信号通路可能是单环刺蜢应对硫化物暴露的关键通路,ERK信号通路或许参与了单环刺蜢早期应对硫化物暴露的的过程,而p38在单环刺蜢应对硫化物暴露过程中作用不明显。
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