黄颡鱼感染鲇爱德华氏菌后的动态炎症反应以及IL-17家族基因的功能研究

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黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco)是我国具有重大经济价值的养殖鱼类之一。随着养殖规模的扩大,大量细菌性疾病爆发导致巨大的经济损失。鲇爱德华氏菌(Edwardsiella ictaluri)是一种杆状的革兰氏阴性菌,可引起黄颡鱼等水生动物严重的腹水病、肠道败血症以及裂头病。为了解黄颡鱼对细菌感染的动态免疫反应,本研究通过转录组分析黄颡鱼感染鲇爱德华氏菌后8个不同时间点在脾脏和肝脏中的免疫应答。同时,本研究通过生物信息学比较分析黄颡鱼7个白细胞介素-17(Interleukin-17,IL-17)家族基因的序列和蛋白结构,展现黄颡鱼IL-17家族基因的发生与进化;通过检测黄颡鱼IL-17家族基因在鲇爱德华氏菌感染以及病原相关分子模式(Pathogen Associated Molecular Pattern,PAMPs)刺激后的m RNA和蛋白表达,探究黄颡鱼IL-17家族基因在抵御病原体入侵时的免疫应答情况;检测黄颡鱼IL-17家族基因的重组蛋白对炎症细胞因子、趋化因子、抗菌肽和下游信号通路相关基因的表达影响,以及其对黄颡鱼外周血白细胞(peripheral blood leucocyte,PBL)和鳃白细胞(gill leucocyte,GL)吞噬和趋化能力的影响,比较和揭示黄颡鱼IL-17基因功能的异同。本研究的主要结果如下:1.黄颡鱼感染鲇爱德华氏菌后的动态炎症反应本研究通过RNA-Seq技术获得鲇爱德华氏菌感染后黄颡鱼脾脏和肝脏在3 h、6 h、12 h、24 h、48 h、72 h和120 h的转录组。在细菌感染后3 h和6 h,脾脏和肝脏中差异表达基因数量较低;在72 h,脾脏中可以筛选出最多的差异表达基因,而肝脏在24 h到120 h均能检测出较多的差异表达基因。GO和KEGG富集分析发现,鲇爱德华氏菌感染后的6 h到120 h细胞因子持续地转录,而肝脏是产生补体基因的主要器官,在12 h至120 h期间补体基因被大量转录。此外,黄颡鱼炎症反应的概述被展示,包括模式识别受体、炎症细胞因子、趋化因子、补体、炎症相关信号通路。2.黄颡鱼IL-17基因家族序列结构及进化分析本研究克隆了黄颡鱼7个IL-17家族基因。蛋白结构分析显示,黄颡鱼IL-17家族基因都包含一个信号肽和一个IL-17超家族结构域。多序列比对显示,黄颡鱼IL-17A/F1和IL-17A/F3基因包含4个保守的半胱氨酸残基,IL-17A/F2和IL-17N基因包含6个保守的半胱氨酸残基,而IL-17B、IL-17C和IL-17D基因则包含8个保守的半胱氨酸残基。同源性和系统进化分析表明,IL-17家族基因在脊椎动物中是高度保守的。外显子和内含子分析显示,黄颡鱼IL-17A/Fs、IL-17B、IL-17C和IL-17N都含有3个外显子和2个内含子,而IL-17D则含有2个外显子和1个内含子。基因同线性分析表明,黄颡鱼IL-17A/F1和IL-17A/F2位于同一个染色体上,而其他IL-17基因则分别位于不同染色体上。3.黄颡鱼IL-17基因家族的表达分析及其蛋白表达和纯化通过原核表达获得黄颡鱼7个IL-17家族基因的重组蛋白,并对其进行纯化。此外,使用黄颡鱼IL-17B和IL-17N的重组蛋白制作其多克隆抗体。黄颡鱼健康组织m RNA表达分布显示,黄颡鱼7个IL-17家族基因在血液中都有着最高的表达;IL-17A/Fs基因在黏膜组织(皮肤和鳃)中有着较高的表达,而在主要免疫组织(头肾、脾和肾)中表达较低;IL-17B、IL-17C和IL-17D基因在性腺中都有着较高的表达;IL-17N基因在肾和脑中有着较高的表达。在鲇爱德华氏菌感染后,黄颡鱼IL-17A/Fs、IL-17C、IL-17D和IL-17N基因的m RNA在鳃,皮肤,头肾和脾脏的某些时间点均显著上调,而IL-17B基因在鲇爱德华氏菌感染后没有显著上调。此外,外周血、鳃和肾的白细胞被分离,然后在脂多糖(LPS)、肌苷酸胞苷酸(Poly I:C)、肽聚糖(PGN)和植物血球凝集素(PHA)刺激外周血白细胞(PBLs)后,黄颡鱼IL-17A/Fs、IL-17B、IL-17C和IL-17D基因的m RNA在某些时间点均能显著诱导的表达,而黄颡鱼IL-17N则在LPS、Poly I:C和PGN刺激后的某些时间点显著上调。4.黄颡鱼IL-17基因家族功能的初步研究黄颡鱼IL-17基因的重组蛋白刺激PBLs后都会显著诱导炎症细胞因子、趋化因子和抗菌肽m RNA的表达;IL-17B、IL-17C和IL-17D重组蛋白也能显著诱导GLs中炎症细胞因子和趋化因子m RNA的表达,而黄颡鱼IL-17N重组蛋白仅能显著诱导GLs中趋化因子m RNA的表达。黄颡鱼IL-17基因的重组蛋白都可以促进PBLs中的髓样细胞的吞噬功能,并且黄颡鱼IL-17C和IL-17D重组蛋白也可以促进PBLs中淋巴细胞的吞噬功能。此外,黄颡鱼IL-17基因的重组蛋白刺激PBLs后的培养基可以显著诱导PBLs的迁移,并且黄颡鱼IL-17N刺激GLs后的培养基可以显著诱导GLs的迁移,但是黄颡鱼IL-17基因的重组蛋白本身没有趋化活性。黄颡鱼IL-17N重组蛋白在鱼体中也可以诱导炎症细胞因子、趋化因子和抗菌肽基因m RNA的表达,并引起严重的肾脏炎症浸润;鲇爱德华氏菌感染也加剧了黄颡鱼的肾脏炎症浸润。NFκB和MAPK信号通路的抑制剂可以显著抑制黄颡鱼IL-17基因诱导的炎症细胞因子和趋化因子的表达。
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