草鱼SARM1基因与其剪切体的克隆、表达、定位及免疫功能研究

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草鱼(Ctenopharyngodon idella)是我国重要的经济鱼类之一,但由草鱼呼肠孤病毒(grass carp reovirus,GCRV)引起的草鱼出血病严重影响草鱼产量。作为低等脊椎动物的草鱼主要依赖于先天性免疫来抵抗病原微生物的入侵,因此本试验在分子水平上研究草鱼免疫相关基因与GCRV引起免疫通路的关系,为草鱼抗病育种奠定分子基础。Toll样受体(Toll-like receptors, TLRs)能够识别病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)进而激活免疫相关的信号通路。包含SAM和TIR域的蛋白SARM1(sterile alpha and TIR motif containing1)是TLRs通路最后一个被发现的接头分子。与TLRs通路中其他四个接头分子的激活作用不同,研究表明人类SARM1专门负调控诱导IFN-β的包含TIR结构域的接头分子(TIR-domain-containing adaptor protein inducing IFN-β,TRIF)依赖的TLR3和TLR4通路。虽然SARM1是一个保守分子,但它在不同物种中的作用不同,目前其在硬骨鱼类中的作用研究寥寥无几。本文主要从以下几个方面展开研究:1.草鱼SARM1(CiSARM1)基因的克隆利用同源克隆、3’RACE和5’RACE的方法获得CiSARM1的cDNA及基因全长,并发现了两个剪切体CiSARM1s1和CiSARM1s2。对三个基因进行生物信息学分析。CiSARM1基因的全长为9563bp,包括1050bp的5’侧翼序列、7个外显子和6个内含子。CiSARM1由ARM、SAM和TIR三个结构域组成;CiSARM1s1和CiSARM1s2均由内含子保留机制而形成,只保留了ARM结构域。2. CiSARM1、CiSARM1s1和CiSARM1s2的亚细胞定位构建三个基因的绿色荧光蛋白(EGFP)融合载体,转染草鱼中肾(CIK)细胞系,用线粒体探针染料(MitoTracker Red CMXRos)和细胞核染料(DAPI)染色,最后用共聚焦显微镜观察。结果发现CiSARM1定位于线粒体;CiSARM1s1大部分定位于线粒体,极少部分位于细胞核;CiSARM1s2分布于整个细胞中。3. CiSARM1、CiSARM1s1和CiSARM1s2的体内外表达模式取健康草鱼的15个组织,取GCRV病毒感染不同时间的草鱼头肾和脾脏组织,取GCRV、poly(I:C)、LPS及PGN刺激不同时间点的CIK细胞,利用实时荧光定量RT-PCR(qRT-PCR)检测三个基因的组织表达模式及刺激物刺激后的时序表达模式。检测结果发现三个基因的在所检测的15个组织均有表达,并在GCRV刺激的头肾和脾脏组织和GCRV刺激的细胞中的表达量出现上调,表明三个基因均参与抗病毒反应。另外,CiSARM1和CiSARM1s1在细菌病原相关分子模式(PAMPs)刺激的CIK细胞中表达量发生变化,说明这两个基因也参与抗细菌免疫防御。4. CIK细胞中过表达CiSARM1、CiSARM1s1或CiSARM1s2对三个基因以及免疫相关基因的影响构建了三个基因的过表达载体,转染CIK细胞形成稳定转基因细胞系,qRT-PCR检测了GCRV刺激细胞后CiSARM1、CiSARM1s1、CiSARM1s2、CiTRIF、CiMyD88、CiIPS-1、CiTRAF6、CiTBK1、CiIRF3、CiIRF7、CiIFN-I以及CiMx1共12个基因的表达模式。结果表明过表达CiSARM1s1或CiSARM1s2可以显著促进CiSARM1的表达,然而过表达CiSARM1抑制了CiSARM1s1和CiSARM1s2的表达,显示CiSARM1起主导作用;更重要的是,通过检测IFN-I通路中关键基因的表达变化可以推测过表达CiSARM1可能抑制TRIF、MyD88、IPS-1依赖的IFN-I抗病毒反应,过表达CiSARM1s1和CiSARM1s2可能通过抑制MyD88通路和IPS-1通路来抑制IFN-I反应。5.抗病毒活性试验采用96孔板染色法观察细胞病变效应(CPE),拍照;为再次验证三个基因的抗病毒活性,用qRT-PCR检测稳定细胞系在GCRV处理72小时后VP4的表达量。抗病毒活性试验表明过表达三个基因都能促进GCRV诱导的细胞死亡。6. RNA干扰验证对CiSARM1和剪切体CiSARM1s分别设计三对发夹RNA,转染CIK细胞,筛选形成稳定细胞系,检测相关免疫基因表达变化及抗病毒活性,对过表达结果进行验证。RNA干扰再次验证了三个基因都可以抑制GCRV引起的IFN-I反应与促进GCRV诱导的细胞死亡。本研究表明草鱼SARM1基因既具有其在低等动物和哺乳动物在免疫方面的作用,还拥有在鱼类中的特殊作用;同时两个剪切体可能对于CiSARM1基因在免疫方面的功能起到重要辅助作用。本研究揭示了SARM1基因在鱼类中的调节机制,为研究SARM1基因在进化过程中的功能演变奠定了基础。
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