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Rab GTPase蛋白是小分子GTP结合蛋白(small GTP-binding proteins)中最大的亚家族,它调节和控制细胞器之间的膜通讯。Rab蛋白作为囊泡运输的分子开关,与其上游调控因子和下游特定的效应子相互作用,在囊泡的形成、转运、粘附、锚定、融合等过程中起重要作用。然而,Rab GTPase蛋白在免疫系统中的作用有待于深入研究。
本实验室前期研究表明,Rab蛋白超家族成员Rab6参与对虾抗病毒免疫的一条可能途径是,通过与β-actin的互作,调控对虾血细胞的吞噬活性。因为日本对虾和模式生物果蝇同属于节肢动物门,且它们的Rab6蛋白同源性达到90.47%,所以可以使用果蝇S2细胞模拟虾血细胞的吞噬过程,来研究其对果蝇C病毒(DCV)的吞噬过程,进而获得对于Rab6蛋白在无脊椎动物抗病毒细胞吞噬中作用的认识。
为了了解Rab6蛋白在果蝇细胞吞噬中的作用,我们采用具有吞噬能力的果蝇S2细胞进行试验。首先,我们需要证明S2细胞中Rab6蛋白能够表达,所以我们制备Rab6的特异性抗体,再进行Western Blot分析,结果表明Rab6蛋白在S2细胞中能够正常表达。根据本试验室对虾研究结果,Rab6蛋白通过与β-actin蛋白互作调控吞噬,因此本研究构建Rab6与actin的重组表达质粒,并将这2种质粒共转染S2细胞,随后进行免疫共沉淀试验,结果显示在S2细胞中Rab6蛋白与actin蛋白存在相互作用。这表明Rab6蛋白可能通过与actin蛋白互作参与细胞吞噬。
为了进一步认识Rab6蛋白对细胞吞噬中的调控作用,一方面,我们在果蝇S2细胞中采用RNA干扰技术敲低Rab6基因的表达,Real-time PCR和Western blot检测Rab6基因转录和翻译的结果表明,Rab6特异的siRNA作用后,Rab6 mRNA和Rab6蛋白表的达水平大幅度降低;此时使用灭活的FITC标记的DCV病毒进行吞噬活性的检测,发现在Rab6蛋白表达被抑制的条件下,细胞的吞噬活性大幅度降低。另一方面,我们使用转染重组表达质粒的方法使Rab6基因上调表达,结果发现Rab6蛋白的转录和翻译水平显著升高,DCV病毒的吞噬试验表明S2细胞的吞噬活性随着Rab6蛋白的表达水平升高而上升。在上述试验的基础上,本研究采用共转染Rab6特异的siRNA(抑制S2内源Rab6的表达)和合同义突变Rab6基因的表达质粒(缺乏Rab6-siRNA的作用位点,产生外源Rab6蛋白)到S2细胞,结果发现Rab6的转录和翻译水平均恢复到正常水平,此时S2细胞的吞噬活性也恢复到正常水平。以上结果说明Rab6蛋白确实能够调控S2细胞的吞噬活性。
为了研究Rab6蛋白调控细胞吞噬后的抗病毒作用,本研究对具有感染能力的DCV病毒对S2细胞感染后的感染复数(MOI)进行检测。结果表明,在Rab6蛋白的表达被抑制时,被病毒感染的S2细胞内的DCV浓度较未被抑制的对照组上升;当Rab6表达上调时,DCV的浓度较对照组下降;而干扰内源Rab6表达然后导入外源的Rab6后,细胞内的DCV浓度较对照组降低。以上结果证明Rab6蛋白具有调控细胞抗病毒吞噬的功能。
为了观察Rab6蛋白参与S2细胞吞噬病毒的整个过程,我们使用荧光染料标记Rab6-actin蛋白复合体,并使用激光共聚焦显微镜进行观测。结果表明,在从吞噬开始发生到病毒被吞入细胞内的整个过程中,细胞吞噬病毒的部位,Rab6蛋白的表达量显著上升,证明Rab6蛋白确实能够参与细胞的抗病毒吞噬,发挥重要作用。
综上所述,Rab蛋白超家族成员Rab6能够调控果蝇的细胞吞噬,具有抗病毒作用。