泥蚶镉富集中c-Myc介导ABCA3基因的转录调控机制研究

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泥蚶(Tegillarca granosa)是中国浙江等省份的重要养殖经济贝类,泥蚶对镉的超富集现象越来越被人们所关注,但是目前对泥蚶重金属镉富集的研究大多集中在生理生态毒理效应方面,而有关泥蚶镉富集分子机制的报道较少。基因转录水平受多种内源因素的影响,其中,转录因子通过激活或抑制启动子来调控相关基因的表达,最终综合反应为表型性状的变化。c-Myc(cell myelocytomatosis viral oncogene,c-Myc)是一类重要的核转录因子类原癌基因,其诱导化的形式为基因的大量扩增,它参与了细胞生长、增殖、分化、凋亡等众多的细胞生命活动历程,而且能够直接调控其他基因的转录表达,在生命进化过程中扮演着不可或缺的角色。随着泥蚶全基因组测序和重金属转录组测序的完成,课题组前期研究发现泥蚶ABCA3(ATP-binding cassette transporter sub-family A)基因参与镉离子的转运同时也是c-Myc的下游靶基因。本研究中,我们首先采用RACE技术获得泥蚶c-Myc的全长c DNA序列(命名为Tgc-Myc)进行生物信息学分析,然后利用实时荧光定量PCR技术和蛋白质免疫印迹技术分析c-Myc在泥蚶不同组织和镉胁迫过程中的表达规律,研究该基因在泥蚶镉胁迫中的响应模式并探讨其对镉胁迫应答相关基因的调控作用机制,初步解析了c-Myc参与泥蚶镉胁迫的调控。其次,利用凝胶迁移电泳和染色体免疫共沉淀等现代分子实验技术进行体内和体外实验,深入研究了Tgc-Myc对转运子ABCA3基因的转录调控和参与重金属胁迫的调控作用。本研究主要结果如下:1、泥蚶转录因子c-Myc的c DNA克隆及生物信息学分析。泥蚶c-Myc的c DNA全长3063 bp,其中包括129 bp的5’非编码区,1746 bp的3’非编码区,1188 bp的开放阅读框,共编码395个氨基酸,预测的分子量为44.9 k Da,理论等电点为6.82。预测的蛋白包含两个常见的功能结构域:n端反式激活结构域,c端碱性螺旋-环-螺旋亮氨酸拉链结构域(b HLH-LZ)其可以与下游基因启动子中的E-box基序结合来启动转录。氨基酸序列同源性比对结果显示泥蚶Tgc-Myc基因同合浦珠母贝(Pinctada fucata)相似性最高,为59%,系统进化树中也先与双壳贝类聚为一支。2、c-Myc基因在泥蚶不同组织中的特异性分布及镉胁迫下表达变化分析。q RT-PCR和Western Blot实验技术检测Tgc-Myc在泥蚶组织中分布及镉胁迫过程中的时空表达,结果显示:Tgc-Myc在泥蚶所被检测的组织部位中均显示出不同程度的表达水平,其中鳃中的表达水平显示是最高的,显著高于其它四个组织(P<0.05);镉胁迫24h后,Tgc-Myc转录本和蛋白表达量均显著升高(P<0.05)。重金属镉离子胁迫诱导Tgc-Myc表达上调。3、泥蚶Tgc-Myc蛋白与ABCA3基因的结合鉴定。Tgc-Myc核蛋白凝胶迁移电泳实验的体外结合鉴定,结果表明该蛋白能够识别靶基因ABCA3基因的启动子序列的CACGTG核心序列(E-box)并与之结合。进一步采用染色体免疫共沉淀实验体内验证Tgc-Myc蛋白与ABCA3基因的结合,利用Tgc-Myc特异性抗体免疫沉淀Tgc-Myc蛋白与ABCA3基因交联的复合物,对特定靶蛋白与DNA片段进行富集纯化,q RT-PCR分析获得目的DNA片段和c-Myc结合反应的序列信息位于-40 bp~-35 bp的核心启动子区域。4、Tgc-Myc对ABCA3基因的转录调控分析及其对泥蚶重金属镉胁迫/解毒相关基因的调控作用。对Tgc-Myc进行RNA干扰实验,结果显示Tgc-Myc在48 h时的表达量显著下调至对空白照组的40.27%,其调控的下游基因ABCA3的表达及其他7个重金属镉胁迫相关基因(包括抗氧化酶基因、转运体基因、调节能量代谢基因及促增殖生长基因)的表达均下调至空白对照组的50%左右。综上所述,我们的研究结果表明,ABCA3基因作为转录因子Tgc-Myc的靶基因,其转录表达受到Tgc-Myc的正向调控作用;Tgc-Myc参与了镉胁迫诱导下泥蚶的应激反应和解毒反应。研究结果不仅丰富了对贝类重金属富集的分子机制的知识,也为泥蚶健康养殖及选育低镉富集品系奠定理论基础。
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