合浦珠母贝胸腺素β4的克隆与功能研究

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合浦珠母贝(Pinctada fucata),是中国海水珍珠养殖的主要对象。在海水珍珠人工养殖过程中手术插入外套膜小片和人造珠核是非常重要的一步,与珍珠的产量和质量息息相关。插核手术会在合浦珠母贝的足与性腺之间划开一个伤口,在这过程中一般会使用红药水对外套膜小片进行简单消毒,对于处理术后伤口,促进伤口愈合和抑制伤口细菌生长的药物基本没有用,而且关于合浦珠母贝伤口愈合分子机理的研究也较少。在其它物种上胸腺素β4被发现具有抑制细菌生长、抑制ROS产生、促进伤口愈合、促进细胞增殖和迁移等功能,是一个多功能蛋白。本研究从合浦珠母贝的转录组中获得了胸腺素β4的cDNA序列,命名为Pfthymosin β4。为研究Pfthymosin β4在人工育珠中的应用潜力,本文对合浦珠母贝的各个组织进行荧光定量实验初步了解Pfthymosin β4的分布情况。免疫刺激后检测Pfthymosin β4的转录水平,了解其是否参与机体的免疫防御过程,然后检验Pfthymosin β4的体外抑菌作用和与重金属和H2O2的关系。为了解Pfthymosin β4促进伤口愈合的途径和能力,本文研究了插核手术后Pfthymosin β4的转录水平,Pfthymosin β4对MOVAS细胞增殖和迁移的影响,注射和沉默Pfthymosin β4对体内循环血细胞数量的影响,Pfthymosin β4对伤口愈合的促进作用。此外还研究了Pfthymosin β4在合浦珠母贝5个发育时期的转录水平。研究的主要结果如下:  (1)在转录组中获得胸腺素β4 cDNA序列,命名为Pfthymosin β4。其开放阅读框有126 bp,编码41个氨基酸,由14种氨基酸组成,5’非编码区(UTR)有41 bp,3’UTR有94 bp,理论分子量为4781.43 D,理论等电点(PI)值为6.19,含有特征序列LKKTETQEKNPL和与肌动蛋白单体结合的序列LKKTET,没有糖基化位点、信号肽、跨膜结构域和跨膜螺旋区,但有7个磷酸化位点。不同物种胸腺素β4之间的相似性非常高。进化树分析,其先与贝类和鱼类聚为一支,再与陆生动物,两栖类动物聚为群组。各个组织的表达分析发现Pfthymosin β4在血细胞中表达量最高,其次是足、鳃,其它组织的表达量很低且差异不显著。在合浦珠母贝5个发育时期中Pfthymosin β4的转录水平在变态期上调2.23倍,其具体功能有待进一步研究。  (2)在免疫刺激实验中,注射鳗弧菌(Vibrio anguillarum)第3小时后Pfthymosin β4开始上调,且在第72小时表达量到达最高,然后开始下降;在注射溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)3小时后表达量发生上调,但与对照组相比差异不明显,其最高相对表达量出现在第 12 小时;而注射无乳链球菌(Streptococcus agalactiae)后则出现了两次上升峰,分别是第6小时和第48小时;在注射LPS3到第6小时后Pfthymosin β4相对表达量发生显著的上调,且在第18小时出现表达量高峰,上述结果表明Pfthymosin β4可能参与了合浦珠母贝的免疫防御过程。此外重组蛋白Pfthymosin β4具有体外抗菌活性,面对不同的细菌表现出不一样的体外抗菌敏感度,对嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophila)、溶珊瑚弧菌(Vibrio coralliilyticus)、鳗弧菌、创伤弧菌(Vibrio vulnificus)和溶藻弧菌具有较强的抗菌活性对于副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和哈维氏弧菌(Vibrio harveyi)的抗菌活性较差。此外在大肠杆菌中过表达Pfthymosin β4能增强大肠杆菌对Cu2+、Zn2+、Cd2+和H2O2的耐受性。  (3)在插核手术后,Pfthymosin β4在血细胞的相对表达量在0小时到6小时持续升高达到高峰,然后开始下降,恢复正常;而在伤口组织中的相对表达量在开始时有不明显的下调,但是在6小时发生上调,然后恢复正常,初步推测Pfthymosinβ4参与了合浦珠母贝插核手术后的恢复过程。重组Pfthymosin β4蛋白能增强MOVAS细胞的增殖能力,且重组蛋白量越多促进细胞增殖的能力越强,此外重组Pfthymosin β4蛋白还能增强MOVAS细胞的迁移能力。注射Pfthymosin β4蛋白后合浦珠母贝体内的循环血细胞数量增加,沉默Pfthymosin β4后体内循环血细胞数量发生下降。注射原核表达的重组蛋白Pfthymosin β4能加快合浦珠母贝伤口愈合的速度,而注射化学合成的Pfthymosin β4效果不明显。  总的来说,Pfthymosin β4具有体外抗菌活性、增强细胞对重金属和H2O2的耐受性、增强细胞增殖和迁移、促进伤口愈合等作用,具有降低插核手术后的伤口感染率和加快插核手术后的伤口愈合速度的潜力。此外Pfthymosin β4能促进细胞增殖和迁移,而在珍珠囊形成过程中,外套膜小片上的细胞会发生增殖和迁移,所以Pfthymosin β4还存在加快珍珠囊形成的潜力。但是要在插核育珠中应用胸腺素β4还需要进一步的研究。
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