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斑马鱼胚胎透明,生长速度快,斑马鱼基因与人类基因的相似度达到87%,这些优点都足以使斑马鱼成为模式生物越来越受到科学家的宠爱。TLR(toll—like receptor)是近年来非常受关注的一种先天性免疫的模式识别受体(PRR: pattern recognition receptor),在斑马鱼当中也发现了很多的与哺乳动物同源的TLR,因此,通过对斑马鱼TLR信号通路的研究有助我们更加了解斑马鱼和哺乳动物的先天性免疫系统,为疾病的研究提供良好的研究模式。
TIRAP和MyD88是TLR信号通路中两个非常关键的细胞内衔接分子。本文通过5’RACE获得了斑马鱼TIRAP分子的全长序列,最大阅读框包括四个外显子,共338个氨基酸。序列分析发现与哺乳动物的TIRAP相比较,斑马鱼TIRAP分子羧基端TIR结构域较为保守,但是在BB环的顶部保守氨基酸脯氨酸被亮氨酸所取代:氨基端缺乏磷脂酰肌醇二磷酸PIP2结合位点。Real—Time PCR分析发现,正常状态下,斑马鱼TIRAP遍布于各个组织当中,在精巢当中表达量相对较高。用Aeromonas salmonicida感染斑马鱼成鱼后,TIRAP的组织分布有所变化,仍然遍布于所有的组织器官,但是在肾脏,脾脏,精巢和卵巢中的表达量偏高。
将融合了GFP的斑马鱼TIRAP以及MyD88表达载体转染293T细胞,对TIRAP的定位进行研究,结果显示斑马鱼TIRAP全长分子遍在分布于整个细胞,TIRAP的剪接体TIRAP—△(1-105)在整个细胞质中都有表达,而只含有TIR结构域的TIRAP的细胞定位模式与全长类似。斑马鱼的MyD88分子则聚集成团以点状的形式特异性散状地分布于细胞质当中。
荧光素酶检测试验结果显示斑马鱼TIRAP分子不能激活NF—κB,而MyD88能诱导NF—κB大量表达,我们分析认为斑马鱼TIRAP分子不能定位在细胞质膜上,从而导致了功能的散失。我们将斑马鱼MyD88第188位即BB环顶部的脯氨酸突变成了亮氨酸、精氨酸和组氨酸,只有亮氨酸的突变仍然可以传递信号,组氨酸和精氨酸的突变都导致信号传导被抑制,推测BB环的顶部是疏水性氨基酸(脯氨酸和亮氨酸)的时候,可以进行信号传递;当被亲水性氨基酸(精氨酸和组氨酸)取代时,信号传递被抑制。同时利用免疫共沉淀的方法进一步确证斑马鱼TLR4a可以与MyD88相互作用,而不能与TIRAP相互作用。
我们还通过使用了6种纯组分(LPS,Zymosan,Glucan,polyI:C,LTA and PGN)刺激斑马鱼成鱼,来研究病原微生物与鱼类特有TLR分子相对应识别的关系。结果分析发现斑马鱼的TLR21.1、TLR21.2、TLR21.3和TLR21.4可以识别各种不同的微生物包括革兰式阳性和阴性细菌、真菌、以及病毒等。斑马鱼特有的TLR21.3在Zymosan的诱导下,表达量高度上调,因此斑马鱼TLR21.3极有可能是酵母特异的受体分子。免疫共沉淀试验验证了斑马鱼TLR21家族的成员都可以和斑马鱼MyD88相互作用。
综上所述,通过对斑马鱼TLR系统的一些研究,观察到的一些斑马鱼与哺乳动物信号传导分子的异同能够帮助我们更深入地了解先天性免疫的进化,为进一步研究包括人在内的哺乳动物天然免疫提供一个很好的模式。