家蠶Roadblock功能域基因和幾丁質脫乙?；富虻姆肿涌寺∨c功能分析.pdf

1、轉化生長因子β(transforming growth factor)超家族由一類結構、功能相關的多肽生長因子亞家族組成，其中包括TGF-β、活化素(activin)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)、生長分化因子(GDF)等。TGF-β除了影響細胞的增殖、分化外，還在胚胎發(fā)育、胞外基質形成、骨的形成和重建等方面起著重要作用。TGF-β家族成員廣泛存在于從果蠅到人等多種生物的各種組織中，對正常細胞、癌變細胞都有著顯著作用。隨著對于TGFβ信號通

2、路研究的深入，其他的一些能夠介導各種不同的生物學反應的TGFβ信號通路成員也將陸續(xù)得被發(fā)現。Jin等通過酵母雙雜交篩選鑒定出新的能夠與TGFβ-R結合的蛋白，即Robl1和Robl2，它們是負責運輸的動力蛋白輕鏈。當細胞受到TGFβ信號分子刺激后，Robl通過TGFβ-RⅡ磷酸化后激活，激活的Robl與激活的Smad2/3結合并將它們招募到動力蛋白復合體上，最終將Smad2/3運輸到核內DNA上，Smad2/3再和其他一些轉錄因子結合調

3、控靶基因的表達，從而產生各種生物學效應。由于Robl基因的許多新功能還未全部解明，通過研究家蠶中Robl基因的功能和產生的生物學效應，是解析Robl基因新功能的有效途徑。
　　 TOR(雷帕霉素靶標)作為一種重要的調節(jié)基因，TOR匯聚了來自細胞內外的營養(yǎng)、生長因子、能量和環(huán)境壓力的信號，通過調節(jié)細胞周期、蛋白質合成、細胞能量代謝等多種途徑發(fā)揮重要的生理功能，在細胞的增殖、生長、分化過程中起著中心調控點的作用。mTOR信號的失調會

4、導致很多疾病中出現，包括癌癥和代謝紊亂等?；岽碳つ軌蛘T導mTORC1的激活，而Ragulator的重要成分P14對于TOR信號的激活是必需的。目前的主要研究都是集中在哺乳動物的細胞之中，并且P14具體發(fā)揮功能的機制仍然不清楚，因此，研究它詳細的功能具有重要意義。
　　 幾丁質脫乙酰基酶(Chitin deacetylases，CDAs)是新近發(fā)現的一種參與調控分解昆蟲幾丁質的重要酶類。幾丁質經CDAs作用形成脫乙酰幾丁質(或稱

5、聚葡萄糖胺)，脫乙酰幾丁質又可進一步被CDAs分解成氨基葡萄糖。昆蟲幾丁質脫乙?；傅难芯渴墙鼛啄瓴砰_展的，對其作用與調控機制知之甚少。為了研究昆蟲CDAs作用機制及調控機理，探討CDAs對昆蟲生長發(fā)育的影響，我們采用了生長發(fā)育特征明顯、體內組織器官易于區(qū)分的大型模式昆蟲-家蠶作為研究材料，對家蠶CDAs基因結構、mRNA選擇性剪切模式及不同剪切體表達差異進行了研究。
　　 本論文在分析大量家蠶組織EST數據、基因組數據等的基礎

6、上，利用RT-PCR和RACE技術克隆了家蠶BmRobl基因、BmP14基因和BmCDAs基因，并對BmRobl與BmCDAs基因的功能做了研究，具體研究結果如下：
　　 1、通過數據庫檢索、電子克隆、RT-PCR等方法克隆了家蠶BmRobl、BmP14基因，BmRobl cDNA全長序列由853 bp堿基組成，5’UTR和3’UTR分別為60bp、469bp，ORF長294bp，編碼97個氨基酸；BmP14cDNA全長序列由1

7、263bp堿基組成，5’UTR和3’UTR為176bp、709bp ORF長378bp，編碼125個氨基酸。利用生物信息學的方法解析氨基酸序列的結構與功能域信息，BmRobl與BmP14氨基酸序列都含有一個Roadblock功能域。BmRobl與BmP14蛋白的同源性只有9％，但BmRobl與脊椎動物的P14蛋白的同源性反而比家蠶自身高，具有12％的同源性。在已知的物種中，Robl蛋白與P14蛋白的氨基酸相同率都在10％左右，同源性較低

8、。Robl和P14都含有一個相似的Roadblock功能域，但它們的序列相差很大，進化樹分析暗示它們可能屬于Robl超家族的2個不同亞家族。Robl蛋白Roadblock功能域由2個α螺旋和5個β折疊形成，P14蛋白的Roadblock功能域由3個α螺旋和5個β折疊形成；Robl蛋白的2個alfa螺旋包圍著5個β折疊形成類似三明治的結構，而P14蛋白含有3個α螺旋，其中一個α螺旋插入到beta折疊中，余下的2個α螺旋在它們兩端，這說明雖

9、然Robl和P14均是由α螺旋和β折疊形成的Roadblock功能域構成，但其結構還是存在差異，暗示著Robl和P14在生物學功能上的差異。
　　 2、利用原核表達系統表達了BmRobl蛋白，制備了多抗，經western blot檢測發(fā)現特異性良好，為下步實驗做好了準備。
　　 3、通過Realtime PCR技術對BmRobl基因組織特異性表達和時期特異性表達進行了分析，發(fā)現BmRobl在家蠶組織中的差異表達，此基因在

10、各組織中均有表達，但在大腦、翅原基已及性腺中的表達水平較高。因為Robl在有絲分裂和減數分裂過程發(fā)揮著重要的功能，且對軸突的運輸和成精神細胞的生成至關重要；而卵巢和精巢產生配子減數分裂旺盛，翅原基在胚胎后期需要進行有絲分裂，大腦的信號指令需要軸突的運輸；所以BmRobl在大腦、卵巢、精巢和翅原基中高水平表達。我們還分析了不同發(fā)育時期BmRobl，基因在翅原基的表達變化。結果顯示BmRobl轉錄體在預蛹期的水平最高，在進入蛹期后表達水平下

11、調。家蠶的預蛹期和蛹期是變態(tài)期，在此過程中，一些組織發(fā)生程序性細胞凋亡，另一些組織如翅原基通過細胞分裂激劇生長。BmRobl基因在家蠶變態(tài)期的表達變化顯示BmRobl基因可能在變態(tài)期的組織生長、細胞分裂過程中扮演著重要的角色。
　　 4、分析了家蠶細胞系BmRobl基因在紫外和釩酸鹽刺激條件下，mRNA水平和蛋白質水平所發(fā)生的變化。熒光定量PCR和免疫印記實驗結果表明，BmRobl基因隨著紫外刺激的時間和釩酸鈉培養(yǎng)濃度的增加，無

12、論是在mRNA水平還是蛋白質水平都顯著下調。紫外和釩酸鹽共處理與只是紫外或釩酸鹽單獨處理相比，下調的更加顯著，這暗示著Robl可能是一個保守的光刺激敏感基因，紫外刺激和釩酸鹽可能協同地發(fā)揮作用下調BmRobl基因。
　　 5、利用RACE法克隆了家蠶CDAs的cDNA全長序列，鑒定出BmCDAs基因mRNA存在2種剪接體，命名為BmCDA1和BmCDA2，外顯子遺漏是BmCDA1和BmCDA2的mRNA的主要剪接模式。利用生物信

13、息學方法分析表明BmCDA基因組由6個外顯子和5個內含子組成；推測BmCDA1和BmCDA2的氨基酸序列都包含幾丁質脫乙酰基(CDA)結構域、幾丁質結合(ChBD)結構域和低密度脂蛋白受體類A(LDLa)結構域等3個功能域，但二者的ChBD結構域有部分氨基酸殘基不同。基于功能域基序和系統進化法分析，昆蟲CDA蛋白可分成5大類，BmCDA1和BmCDA2屬于第1大類，是具有全部3個功能域典型的昆蟲CDA蛋白。熒光定量PCR分析表明BmCD