藏鸡种蛋氧化应激响应蛋白质的筛选及其PIT54对血管生成机制的研究

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近些年来,大量研究探究了鸡蛋不同部位的蛋白质组及其生物活性。但是,不同生长环境对于鸡蛋蛋白质组及生物活性的影响尚不清楚。为挖掘藏鸡蛋特有的功能蛋白质,本研究以两种海拔鸡种蛋为研究对象,分别选取青藏高原的土著品种藏鸡种蛋和在世界范围内广泛饲养的人工选育品种白来航鸡种蛋,对蛋清和蛋黄蛋白质组及其生物功能进行了详细的分析,进而通过构建人工注释的鸡蛋蛋清和蛋黄蛋白质数据集,筛选出抗氧化相关候选蛋白质PIT54,并围绕着两种海拔高度鸡种蛋PIT54的DNA序列的单核苷酸多态性位点、蛋白质提取优化、质谱分析、抗氧化活性和对血管生成的影响及其机制初步探究等方面开展了一系列研究工作。主要研究结果如下:(1)利用非标记蛋白质组学对藏鸡种蛋清蛋白质(TEW)和白来航种蛋蛋清蛋白质(CEW)进行了比较研究,以鉴定差异蛋清蛋白质及其生物活性。一共鉴定出176种蛋白质。其中,14种表达量差异显著(倍数>1.5且P<0.05)的蛋白质,主要参与了脂质转运、免疫防御、生长发育和抗氧化过程;通过体外实验和Caco-2细胞的抗氧化实验证实了CEW和TEW之间抗氧化应激活性的差异;前列腺素-H2D-异构酶前体和谷胱甘肽过氧化物酶被认为是与差异抗氧化活性相关的候选蛋白质。(2)通过非标记定量技术比较了藏鸡种蛋蛋黄蛋白质(TEY)和白来航鸡种蛋蛋黄蛋白质(CEY)的蛋白质表达图谱,一共鉴定出135种蛋白质,其中19种蛋白质的表达量在两组样本间存在显著差异(倍数>1.5且P<0.05);差异表达的蛋白质主要与氧化应激、免疫、能量代谢以及组织发育等过程相关;为了进一步验证抗氧化能力的差异,通过体外实验和对H2O2诱导氧化应激的Caco-2细胞的保护作用实验比较了CEY和TEY的抗氧化应激活性差异。TEY和CEY均具有抗氧化活性,但前者表现出的抗氧化应激能力更强(P<0.05),该结果可能与TEY中的抗氧化活性相关蛋白(谷胱甘肽过氧化物酶3和PIT54)的表达量差异有关。(3)由于蛋白质表达的动态性,本研究中鉴定的蛋白质种类与文献报道种类有所差异。为更加广泛地筛选抗氧化蛋白质进行后续实验,通过构建人工注释的鸡蛋蛋清和蛋黄蛋白质的非冗余数据集,筛选出了鸡蛋中抗氧化蛋白质合集,以具有抗氧化应激作用和研究较少为基本原则,初步选择了PIT54作为候选的抗氧化活性相关蛋白。PIT54还具有促进血管生成以及免疫调节等生物活性。进一步通过生物信息学对PIT54的结构和功能进行分析发现,分子中含有4个重复的SRCR结构域和6个保守的半胱氨酸残基,具有清道夫受体活性,定位于细胞膜,主要与脂质运输、细胞激活以及含氧化合物响应过程相关,说明其的确与低氧氧化应激过程相关。(4)根据PIT54可以与血红蛋白结合的特性,将鸡血红蛋白通过CNBr偶联到活化的Sepharose 4B上,制备吸附血红蛋白的亲和柱,用来纯化PIT54。研究了不同缓冲液体系(Tris-HCl,p H 8.1和硼酸盐缓冲液,p H 8.1)对于PIT54分离的影响,建立了从蛋黄中分离纯化PIT54的方法,蛋黄经正己烷脱油后获得粗蛋白,依次经过DEAE阴离子交换层析和吸附血红蛋白的亲和层析柱亲和层析两步分离法,便可以快速高效地获得PIT54蛋白质,并保持了蛋白质活性,该方法操作简单。相比于C-PIT54,T-PIT54具有更强的与Hb结合的能力(P<0.05)和抑制LDL脂质氧化反应的能力(P<0.05)。质谱分析发现PIT54分子中一共检测到3个N-糖基化位点(85N、157N和485N)。其中,157N仅在C-PIT54中检测到,另外两个位于SRCR结构域的糖酸化位点在T-PIT54分子中的糖基化程度显著高于C-PIT54(P<0.05)。C-PIT54和T-PIT54分子中都只检测到了一个磷酸化位点411Ser,位于SRCR结构域N端,T-PIT54的磷酸化程度显著低于C-PIT54(P<0.05)。(5)为了研究两种海拔高度鸡种蛋来源的PIT54对常氧和低氧孵化的鸡胚血管生成的影响,需要模拟高原低氧环境。首先,本研究在原有孵化箱的基础上,通过外加氮气模拟低氧环境;利用单片机优化了氧气、二氧化碳、温度、湿度及其翻蛋控制系统,同时完善了孵化箱的密闭性;实现了准确、稳定的模拟不同含氧量下的鸡胚孵化过程。该设备操作简单,成本低,实用性强。利用该孵化箱模拟低氧环境进行后续实验。之后,以不同孵化时期的常氧和低氧孵化的白来航鸡胚尿囊绒毛膜(CAM)为研究对象,以血管覆盖度和血管直径的分布情况为指标,筛选出D4、D8和D12为给药的时间点;然后,比较分析了T-PIT54和C-PIT54处理对低氧和常氧环境下的藏鸡和白来航鸡胚CAM血管发育情况的影响。最终发现了PIT54可以作为促血管生成因子,具有促进血管生成的作用,T-PIT54具有更强的促进血管生成的能力(P<0.05),且作用范围广泛;C-PIT54对血管生成的促进作用具有种间差异性;T-PIT54和C-PIT54对于第8天的鸡胚的影响最大。因此,选择了两种给药处理的NC8、HC8和HT8组进行后续机制探究;(6)筛选出特异性肽段CTVNKNLEETETS制备PIT54抗体,经检验抗体效果良好。利用该抗体通过WB和免疫组织化学分析PIT54在鸡胚组织中的特异性表达,结果发现PIT54蛋白质在鸡胚的血液和肺泡中大量表达,在心脏、脑和血管中少量表达,在系带和肝脏中未检测到PIT54的特异性表达。通过免疫分子印迹分别考察了T-PIT54和C-PIT54处理后,CAM中的VEGFR2上下游相关蛋白的表达水平及磷酸化情况。发现低氧环境中,C-PIT54和T-PIT54可以通过显著增加上游的HIF-1α的表达量,刺激血管新生;增强VEGFR2/Src信号分子机制提高内皮细胞的通透性,有助于出芽和迁移;通过影响PI3K/Akt信号分子机制和提升ERK的磷酸化程度促进细胞增殖;增加p38单个蛋白质的磷酸化水平抑制细胞凋亡。这些都证明了C-PIT54和T-PIT54可以促进血管生成,提高低氧环境的适应性。但是,这两种外源添加的PIT54对低氧孵化鸡胚血管生成的促进作用具有种间差异性。两者在常氧白来航鸡胚中表现出与低氧环境相反的作用,可以避免血管内皮细胞的过度增殖。(7)通过对藏鸡源和白来航鸡源的PIT54 protein基因的DNA序列进行扩增测序发现,PIT54 protein基因全长5186 bp,包括8个外显子和7个内含子。同源比对结果显示,测序获得的T-PIT54与C-PIT54的内含子序列差异较大,但是,CDS序列保守性较高(99%identify),表明了藏鸡源和白来航鸡源的PIT54 protein具有遗传稳定性。与C-PIT54相比,T-PIT54的DNA序列中存在着5个突变和5个插入片段;根据预测获得T-PIT54与C-PIT54蛋白质的氨基酸序列,生物信息学分析发现,T-PIT54的α-螺旋,结构更加紧密。两种蛋白质分子中都存在12个结合位点,但是部分位点具有种间特异性。这些序列与结构的差异可能是造成T-PIT54与C-PIT54抗氧化活性和促进血管生成活性差异的主要原因。
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