秀麗隱桿線蟲揮發(fā)性信息素介導(dǎo)輻射旁效應(yīng)和適應(yīng)性反應(yīng)偶聯(lián)過程和機制研究.pdf

1、旁效應(yīng)和適應(yīng)性反應(yīng)是兩種典型的輻射非靶效應(yīng)。輻射旁效應(yīng)是指被輻照的細(xì)胞通過釋放信號因子誘導(dǎo)其鄰近細(xì)胞產(chǎn)生輻射反應(yīng)的一種現(xiàn)象，它的發(fā)現(xiàn)和研究拓展了傳統(tǒng)輻射生物學(xué)的靶向作用理論，對低劑量輻射風(fēng)險評估、防護，以及腫瘤的放療策略產(chǎn)生了重要影響。輻射旁效應(yīng)的研究主要是在細(xì)胞水平開展的，并逐步延伸到三維組織和個體水平。近年來，個體間輻射旁效應(yīng)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注，并在虹鱒魚、斑馬魚、線蟲等動物模型上得到證實，表明輻射效應(yīng)也能在群體或者生態(tài)層面上被“級

2、聯(lián)放大”。然而，當(dāng)前的研究主要集中在個體間液體環(huán)境中可溶性信號分子誘導(dǎo)的輻射旁效應(yīng)，并沒有關(guān)于揮發(fā)性旁效應(yīng)信號的相關(guān)報道。本論文以秀麗隱桿線蟲作為實驗對象，研究線蟲揮發(fā)性信息素介導(dǎo)個體間輻射旁效應(yīng)和適應(yīng)性反應(yīng)偶聯(lián)的過程和相關(guān)機制，主要內(nèi)容如下:
　　一）線蟲個體間揮發(fā)性信號通訊實驗體系的構(gòu)建
　　線蟲個體間的通訊信號既可以是可溶性物質(zhì)，也可以是揮發(fā)性物質(zhì)。在本論文中，我們專注于研究線蟲個體間揮發(fā)性信號分子的通訊，為此建立了一

3、個底—頂布局的共培養(yǎng)實驗體系。在該實驗體系中，受輻照的線蟲在底部培養(yǎng)皿正置培養(yǎng)（作為揮發(fā)性信號的供體），旁區(qū)群體的線蟲在頂部培養(yǎng)皿中倒置培養(yǎng)（作為揮發(fā)性信號的受體），上下培養(yǎng)皿（無蓋）通過paraffin膜密封，形成一個密閉的空間。在該密閉空間中，底部和頂部培養(yǎng)的線蟲并沒有直接的物理接觸，只能通過揮發(fā)性信號進行相互通訊。該實驗體系的優(yōu)點是針對性強、操作簡單，并能在不同的時間點實現(xiàn)受輻照線蟲和旁區(qū)線蟲的組合和分離。
　　二）線蟲個體

4、間輻射旁效應(yīng)的誘導(dǎo)和新型揮發(fā)性信息素的證實
　　本研究以線蟲胚胎致死率作為生物學(xué)檢測終點，研究底部線蟲受輻照對頂部線蟲的影響。研究發(fā)現(xiàn):對底部線蟲實行不同劑量的γ輻射并沒有直接影響改變頂部線蟲的胚胎致死率，然而，在共培養(yǎng)結(jié)束后再對項部線蟲實行一定劑量的γ輻射，相對于底部沒有經(jīng)歷輻照的線蟲共培養(yǎng)對照組，實驗組線蟲表現(xiàn)出明顯的輻射適應(yīng)性。該結(jié)果不僅證明了線蟲個體間存在揮發(fā)性信號并能誘導(dǎo)輻射旁效應(yīng)現(xiàn)象，而且也在群體水平展示了輻射旁效應(yīng)和

5、適應(yīng)性反應(yīng)的耦合關(guān)系。進一步的研究發(fā)現(xiàn):1）僅有L3期的線蟲能夠產(chǎn)生揮發(fā)性旁效應(yīng)信號，產(chǎn)生的過程可以持續(xù)10小時;2)DNA損傷反應(yīng)(DDR)參與頂部線蟲輻射適應(yīng)性的誘導(dǎo)，作用的靶點是性腺遠(yuǎn)端有絲分裂區(qū)細(xì)胞;3）揮發(fā)性旁效應(yīng)信號的產(chǎn)生依賴于水溶性蛔甙信息素的代謝合成和相關(guān)神經(jīng)感知;4）揮發(fā)性旁效應(yīng)信號是一類新的線蟲揮發(fā)性信息素。
　　三）熱脅迫誘導(dǎo)線蟲旁效應(yīng)信號的產(chǎn)生
　　為了證明線蟲這類揮發(fā)性信息素的誘導(dǎo)具有廣譜性，本研究

6、對共培養(yǎng)體系中底部的線蟲實行熱暴露處理，發(fā)現(xiàn)熱脅迫同樣可以誘導(dǎo)頂部線蟲產(chǎn)生輻射適應(yīng)性反應(yīng)，同時發(fā)現(xiàn)對底部線蟲實行高密度培養(yǎng)也能啟動頂部線蟲的輻射適應(yīng)性反應(yīng)，表明這類揮發(fā)性信息素的誘導(dǎo)因子具有一定的廣譜性。進一步的研究表明:1)熱脅迫在L2、L3、L4和成蟲期的線蟲中都能誘導(dǎo)產(chǎn)生揮發(fā)性旁效應(yīng)信號;2）在頂部線蟲中，DDR通路同樣參與熱脅迫誘導(dǎo)的輻射適應(yīng)性反應(yīng)，不同的是其作用靶點在性腺遠(yuǎn)端的有絲分裂和減數(shù)分裂區(qū)細(xì)胞;4）與γ輻射不同，熱脅迫

7、誘導(dǎo)線蟲揮發(fā)性旁效應(yīng)信號的產(chǎn)生不依賴蛔甙信息素的代謝合成，而受熱敏感神經(jīng)元AFD和熱休克因子HSF-1及HSPs的調(diào)控。
　　四）輻射和熱誘導(dǎo)線蟲揮發(fā)性旁效應(yīng)信號的產(chǎn)生和作用過程對比分析
　　上述實驗證明了一類新的線蟲揮發(fā)性信息素（旁效應(yīng)信號）的存在。然而由于線蟲揮發(fā)性信息素的研究剛剛起步，目前還沒有可供參考的分離、分析方法。在本研究中，我們嘗試使用GC-MS對其化學(xué)性質(zhì)進行檢測，但是未能得到理想的結(jié)果。為此，我們對輻射和熱

8、脅迫誘導(dǎo)揮發(fā)性信息素的產(chǎn)生和作用過程進行了對比分析，為尋找合適的分離、分析方法，進一步明確該類信息素的化學(xué)和代謝特性提供線索。依據(jù):1）輻射和熱脅迫誘導(dǎo)線蟲產(chǎn)生的揮發(fā)性旁效應(yīng)信號依賴不同的上游代謝和信號通路;2）輻射和熱脅迫誘導(dǎo)不同發(fā)育時期的線蟲產(chǎn)生揮發(fā)性旁效應(yīng)信號;3）輻射和熱脅迫誘導(dǎo)線蟲產(chǎn)生的揮發(fā)性旁效應(yīng)信號在頂部線蟲生殖腺中的作用靶點不同。推論:1）輻射和熱脅迫可能誘導(dǎo)兩類不同的揮發(fā)性信息素，或者是兩種組分相同但比例不同的揮發(fā)性混