嗜水气单胞菌胁迫下东北林蛙MHCI基因表达的研究

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主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex, MHC)作为一类与免疫应答密切相关的基因群,主要参与抗原的呈递作用。其中MHCI类基因α链的抗原结合部位,是变异最大的区域,与疾病的抗性密切相关。近些年来,由于自然环境变化和其他人为因素,两栖类动物的种群数量呈逐年下降趋势,甚至某些物种的数量已经处于濒临灭绝的边缘,微生物感染是其中的重要原因之一。研究MHC基因在抗感染中的作用已经成为两栖类抗病研究的热点内容。
  本研究以东北林蛙为主要研究对象,黑龙江林蛙为对比物种,克隆两种蛙MHCI类基因α链全长编码区,通过生物信息学软件分析MHCI类基因特性;同时构建MHCI基因肽结合区的重组原核表达载体,制备多克隆抗体;再采用嗜水气单胞菌和LPS进行胁迫,利用实时荧光定量PCR技术分析MHCImRNA转录情况;再通过HE染色法和免疫组织化学法观察东北林蛙病理学变化及蛋白表达情况,为两栖类MHCI类基因的免疫功能研究提供理论基础。主要研究结果如下:
  (1)本研究克隆东北林蛙和黑龙江林蛙的MHCIα基因全长编码区,获得编码区长度均为1047bp,编码348个氨基酸。两种林蛙核苷酸和氨基酸同源性分别为88.7%和97%;东北林蛙有1个糖基化位点,33磷酸化位点,而黑龙江林蛙有3和19个;二者均含有一个IGc1功能域;进化关系表明,东北林蛙、黑龙江林蛙与中国林蛙的同源性最高,与哺乳类和禽类亲缘关系最远。
  (2)本研究构建了东北林蛙MHCI基因α链肽结合区的重组表达载体,诱导的重组蛋白大小为39kD,免疫家兔后获得多克隆抗体效价为1:20000。
  (3)采用实时荧光定量PCR技术检测,正常生理情况下MHCI类基因在东北林蛙和黑龙江林蛙各组织中均表达,但在脾脏中具有较高的表达量。
  (4)在嗜水气单胞菌和LPS胁迫下,东北林蛙和黑龙江林蛙肺脏、肾脏、脾脏和皮肤的MHCI类基因转录水平都偏高,而在肝脏和肌肉组织中MHCI类基因对LPS的响应更为积极。在嗜水气单胞菌感染模型中,东北林蛙肝脏、脾脏和皮肤在6h到达峰值,肺脏和肌肉组织中在12h达到峰值,而肾脏组织则在24h时达到峰值;黑龙江林蛙肝脏、脾脏、皮肤和肌肉中MHCImRNA在6h就出现了最高峰,而在肺脏和肾脏中的峰值分别出现在感染后12h和24h。在LPS感染模型中,东北林蛙MHCI基因在被检组织中均呈现上调表达,其肺脏和皮肤在12h达到峰值,肝脏和脾脏分别在24h和48h达到最高峰,而肾脏和肌肉组织均在72h达到峰值;黑龙江林蛙肝脏和肌肉组织中MHCImRNA分别在6h和12h达到最高峰,肾脏和皮肤组织在24h达到峰值;脾脏和肺脏中的峰值分别出现在48h和72h,而在心脏组织中两种蛙MHCI基因整体转录水平较低。
  (5)经HE染色显示,在嗜水气单胞菌和LPS胁迫下会导致东北林蛙肝脏、皮肤和肌肉组织随着感染时间延长,细胞损害加剧。免疫组织化学结果显示,与对照组相比,感染嗜水气单胞菌和LPS后东北林蛙肝脏、皮肤和肌肉出现了更多的棕黄色阳性颗粒,其中嗜水气单胞菌胁迫下东北林蛙肝脏和皮肤在6h就出现较多棕黄色颗粒,而肌肉组织在12h才出现阳性颗粒明显增多的现象;LPS胁迫下东北林蛙肝脏、皮肤和肌肉MHCI蛋白表达量分别在24h、12h和72h为最高。
  本研究对东北林蛙和黑龙江林蛙MHCIα基因进行克隆,对东北林蛙MHCI肽结合区进行原核表达并制备多克隆抗体;对嗜水气单胞菌和LPS胁迫下两种林蛙MHCI在不同组织中的变化规律进行了分析。本研究为两栖类MHCI基因的免疫功能研究提供了理论依据,同时也为两栖类进化、传染病抗性等问题的研究提供新的思路。
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