马氏珠母贝组蛋白抗菌肽基因克隆及其衍生肽功能研究

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抗菌肽(antimicrobial peptides,AMPs)属于非特异免疫系统的一员,当病原体入侵贝类机体时,抗菌肽发挥保护机体的作用。马氏珠母贝(Pinctada fucata martensii)是我国人工海水育珠的主要珍珠贝之一。到目前为止,人们尚未从马氏珠母贝中发现典型的的贝类抗菌肽。本研究以马氏珠母贝基因组为基础,通过与在线抗菌肽数据库(Data repository of antimicrobial peptides,DRAMP)比对,筛选了马氏珠母贝中具有潜在抗菌功能的组蛋白衍生抗菌肽基因4个:Pm H2A、Pm H2B、Pm H3和Pm H4,并对Pm H2A和Pm H2B进行了克隆及表达研究;以马氏珠母贝组蛋白抗菌肽基因序列为基础,根据α-螺旋占比、两亲性、是否含有脯氨酸(P)这三个维度设计了8条多肽,比较了这8条多肽的抗菌活性;从分子水平和蛋白水平研究了马氏珠母贝Pm H2A在病原相关分子模式(Pathogen associated molecular pattern,PAMPs)刺激下的免疫应答;检测了Pm H2A衍生抗菌肽的抗肿瘤活性和抗菌活性。结果如下:(1)组蛋白抗菌肽基因的筛选、克隆和正常组织分布:筛选出4条组蛋白抗菌肽基因Pm H2A、Pm H2B、Pm H3和Pm H4,对Pm H2A和Pm H2B进行了克隆及表达研究。Pm H2A c DNA全长为778 bp;同源性分析显示Pm H2A种间相似性为57.82%,与欧洲大扇贝(Pecten maximus)的氨基酸序列比对率最高,为99.3%;进化树结果显示Pm H2A和紫贻贝(Mytilus edulis)H2A聚为一支。Pm H2B c DNA全长为1318 bp,同源性分析显示Pm H2B种间相似性较高,为82.14%,与美洲牡蛎(Crassostrea virginica)的氨基酸序列比对率最高,为80.49%;进化树结果显示Pm H2B与美洲牡蛎、长牡蛎(Crassostrea gigas)和欧洲大扇贝聚为一支。实时荧光定量检测显示Pm H2A和Pm H2B均在性腺中表达量最高。(2)8种组蛋白衍生抗菌肽的设计和抗菌功能研究:以筛选出的4条马氏珠母贝组蛋白抗菌肽和已验证的组蛋白衍生抗菌肽为基础,通过α-螺旋占比、两亲性和是否含有P三个维度设计了8条组蛋白衍生抗菌肽,分别为:Pm H2A-AMP(肽1)、Pm H2B-AMP(肽2)、Pm H3-AMP(肽3)、Pm H4-AMP(肽4)、Pm H2A-AMP(5-21)(肽5)、Pm H2A-AMP(1-17)(肽6)、Pm H2A-AMP(5-13)[KLLK]3(肽7)和Pm H4-AMP(1-15)(肽8)。检测了8条肽的抗菌活性,结果显示:肽1、肽4、肽5、肽7、肽8有显著抑制细菌生长活性的能力,其中肽1、肽5和肽7均为Pm H2A衍生抗菌肽并且抗菌效果明显。肽1、肽5和肽7的抗菌谱结果显示,相对于对照组,肽7的最低抑制浓度(Minimal inhibitory concentrations,MIC)更低,有更好的抗菌效果。(3)Pm H2A衍生抗菌肽的功能研究:从分子层面出发,检测了PAMPs刺激后Pm H2A在血细胞和鳃组织的转录水平。脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)和肽聚糖(Peptidoglycans,PGN)刺激后,Pm H2A在血细胞的转录水平在3 h内迅速上升(P<0.05),Pm H2A在鳃细胞的转录水平在24 h时达到最大值(P<0.05);聚肌苷酸-聚胞苷酸(Poly(I:C))刺激后,Pm H2A在血细胞和鳃组织的转录水平均在24 h时达到最大值(P<0.05)。从蛋白水平出发,利用肽1多抗,采用免疫组化(Immunohistochemical,IHC)检测Pm H2A在LPS刺激后的免疫应答。结果显示,相对于对照组(0 h),LPS刺激后不同时间马氏珠母贝鳃组织都发现了明显的阳性信号。通过透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)观察肽1和肽7作用细菌后的形态学变化,结果显示,肽7作用后,细菌出现整体性地溶解现象。肽1作用后,细菌细胞膜也出现轻微溶解凹陷的现象。检测了肽7的抗肿瘤活性,结果显示,肽7具有抗乳腺癌细胞系MDA-MB-231活性,IC50为4.1μM。本论文对马氏珠母贝组蛋白衍生抗菌肽的抗菌功能和抗菌机制进行了初步研究,研究成果能拓宽对软体动物组蛋白衍生抗菌肽的认识,也为抗菌肽在水产养殖中的应用提供了研究基础。
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