斑節(jié)對(duì)蝦Toll9受體基因信號(hào)調(diào)控功能及免疫特性分析.pdf

1、斑節(jié)對(duì)蝦是沿海地區(qū)重要水產(chǎn)養(yǎng)殖品種之一，對(duì)于水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展貢獻(xiàn)極大。由于養(yǎng)殖環(huán)境惡化及各類(lèi)病毒、細(xì)菌性疾病的爆發(fā)，斑節(jié)對(duì)蝦養(yǎng)殖所面臨的挑戰(zhàn)前所未有的嚴(yán)峻。通過(guò)了解其先天性免疫防御機(jī)制，采取有效手段增強(qiáng)其抗病力是重要的解決方法。作為無(wú)脊椎生物，對(duì)蝦主要依靠先天性免疫途徑來(lái)進(jìn)行免疫調(diào)控與防御，而Toll樣受體是對(duì)蝦先天性免疫系統(tǒng)的重要組成部分。Toll樣受體是先天性免疫模式識(shí)別受體(pattern recognition receptor，

2、PRR)中重要一員，主要免疫方式是通過(guò)抵御外源病原微生物的入侵進(jìn)而發(fā)揮免疫功能。Toll樣受體可識(shí)別特異性病原相關(guān)分子模式(Pathogen associated molecular pattern,PAMP),可將病原感染信號(hào)轉(zhuǎn)入胞內(nèi)，形成信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)再傳遞到核內(nèi)，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)免疫分子的轉(zhuǎn)錄、表達(dá)與釋放，并顯著激活先天性免疫系統(tǒng)。斑節(jié)對(duì)蝦Toll受體免疫機(jī)制的研究有助于深入了解對(duì)蝦抵御病原反應(yīng)的具體機(jī)制。本研究以斑節(jié)對(duì)蝦Toll9基因OR

3、F全長(zhǎng)為模板，首次以哺乳動(dòng)物細(xì)胞和果蠅細(xì)胞構(gòu)建免疫模型來(lái)探究PmToll9對(duì)于TLR/Toll信號(hào)通路的調(diào)控及應(yīng)對(duì)病原的免疫特性，并對(duì)其蛋白序列進(jìn)行了結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與生物性分析。體外結(jié)合病原實(shí)驗(yàn)證明PmToll9可識(shí)別部分革蘭氏陰性菌，并可以廣譜性識(shí)別PAMPs；體內(nèi)微生物侵染證明革蘭氏陽(yáng)性菌可刺激PmToll9上調(diào)表達(dá)，而革蘭氏陰性菌具有抑制表達(dá)作用?；诩?xì)胞免疫模型，應(yīng)用各種檢測(cè)技術(shù)發(fā)現(xiàn)PmToll9可通過(guò)激活NF-κB啟動(dòng)子的活性實(shí)現(xiàn)對(duì)

4、TLR信號(hào)通路的調(diào)控，并通過(guò)激活抗菌肽表達(dá)促進(jìn)Toll通路信號(hào)分子的轉(zhuǎn)導(dǎo)，同時(shí)介導(dǎo)TLR/Toll通路下游因子的差異性表達(dá)，證明PmToll9可參與免疫系統(tǒng)的調(diào)控。免疫刺激實(shí)驗(yàn)證明LPS、Poly(I:C)-HMW、Poly(I:C)-LMW、R848、ODN2006、CL097、Rec FLA-ST和Peptidoglycan等配體并不能被PmToll9直接識(shí)別，說(shuō)明PmToll9識(shí)別配體可能需要介質(zhì)因子Spatzle的存在。缺失突變

5、體實(shí)驗(yàn)證明缺失LRR區(qū)域后，PmToll9對(duì)NF-κB的激活能力會(huì)顯著降低，其中缺失LRR4和LRR10/11/12的突變體對(duì)NF-κB的激活能力下降的最為顯著，LRR4和LRR10/11/12可能是PmToll9關(guān)鍵功能結(jié)構(gòu)域。具體研究成果闡述如下：
　　1. PmToll9原核表達(dá)和結(jié)合特性分析
　　經(jīng)驗(yàn)證，相比IPTG誘導(dǎo)表達(dá)，自誘導(dǎo)表達(dá)系統(tǒng)更適用于PmToll9和胞外區(qū)重組蛋白的分離純化及相關(guān)功能研究。ELISA實(shí)驗(yàn)

6、顯示Toll9-ED蛋白對(duì)Poly（I:C）-LMW/HMW、ODN2006、LPS和Resoquimod等PAMPs均具有較強(qiáng)的結(jié)合活性，表明Toll9-ED蛋白具有廣譜的PAMPs識(shí)別活性；PmToll9-ED對(duì)部分革蘭氏陰性菌有明顯的結(jié)合能力，而對(duì)嗜水氣單胞菌（Aeromonas hydrophila）和金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）結(jié)合能力較弱，說(shuō)明PmToll9可能是通過(guò)結(jié)合PAMPs來(lái)識(shí)別和抵御

7、部分革蘭氏陰性菌感染。斑節(jié)對(duì)蝦體內(nèi)細(xì)菌刺激實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示無(wú)乳鏈球菌（Streptococcus agalactiae）可激活斑節(jié)對(duì)蝦肝胰腺、腸、淋巴和鰓組織中PmToll9的表達(dá)，哈維氏弧菌（Vibrio harveyi）可顯著抑制PmToll9在肝胰腺中的表達(dá)。提示革蘭氏陽(yáng)性菌S. agalactiae可通過(guò)PmToll9激活Toll信號(hào)通路，引起機(jī)體免疫防御反應(yīng)，而革蘭氏陰性菌V. harveyi對(duì)此過(guò)程具有一定抑制作用。
　　

8、2.PmToll9對(duì)哺乳動(dòng)物TLR信號(hào)通路的誘導(dǎo)
　　結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)PmToll9胞外區(qū)有12個(gè)亮氨酸富集區(qū)（LRRs），不含信號(hào)肽序列，但含有12個(gè)N-糖基化預(yù)測(cè)位點(diǎn)和119個(gè)預(yù)測(cè)的磷酸化位點(diǎn)；其胞內(nèi)區(qū)與果蠅Toll9、岡比亞按蚊Toll9等物種TIR區(qū)域相似度最高。PmToll9空間結(jié)構(gòu)為馬蹄狀，其凹面區(qū)形成光滑且彎曲的β折疊結(jié)構(gòu)，推測(cè)參與配體識(shí)別。免疫印跡方法證實(shí)PmToll9重組真核蛋白可在HEK293T細(xì)胞中成功表達(dá)；Du

9、al-luciferase檢測(cè)發(fā)現(xiàn)PmToll9顯著激活NF-κB啟動(dòng)子的活性，未能激活I(lǐng)SRE與IFN-β啟動(dòng)子，且在200ng轉(zhuǎn)染濃度處PmToll9對(duì)NF-κB報(bào)告基因的激活效果顯著。qRT-PCR數(shù)據(jù)證明PmToll9成功激活HEK293T細(xì)胞 TLR信號(hào)通路，促進(jìn)通路下游因子 MyD88、TRAF-6、IL-8、IL-10、IκB-α的上調(diào)表達(dá)，同時(shí)ELISA結(jié)果證明PmToll9可促進(jìn)TNF-α蛋白表達(dá)水平顯著上調(diào)。缺失突變

10、體的構(gòu)建表明 LRR缺失突變可以導(dǎo)致PmToll9對(duì)NF-κB激活能力降低，其中缺失LRR4和LRR10/11/12的突變體呈現(xiàn)出更顯著的表達(dá)下調(diào)作用，說(shuō)明LRR4和LRR10/11/12區(qū)域可能是PmToll9介導(dǎo)信號(hào)傳遞的關(guān)鍵功能域。Hela細(xì)胞定位實(shí)驗(yàn)顯示PmToll9-GFP重組蛋白主要位于細(xì)胞質(zhì)中。
　　3.Toll9在果蠅Toll通路的激活表達(dá)
　　以果蠅S2細(xì)胞構(gòu)建了體外表達(dá)模型，報(bào)告系統(tǒng)顯示PmToll9可以

11、明顯激活果蠅抗菌肽Drosomycin和對(duì)蝦抗菌肽PEN453、PEN536和crustin-like的表達(dá)，并促進(jìn)下游因子Tube/Cactus/Dorsal/Dif/Drosomycin等表達(dá)水平的升高，說(shuō)明PmToll9可通過(guò)激活抗菌肽的表達(dá)促進(jìn)Toll通路相關(guān)信號(hào)分子的轉(zhuǎn)導(dǎo)。免疫刺激實(shí)驗(yàn)顯示果蠅S2細(xì)胞經(jīng)Peptidoglycan(PGN)、poly(I:C)-LMW和poly(I:C)-HMW刺激后，報(bào)告基因被顯著激活，果蠅T

12、oll通路下游因子Tube/Cactus/Dorsal/Dif/Drosomycin呈現(xiàn)差異性表達(dá)?；谏鲜鼋Y(jié)果，推測(cè)PmToll9激活的信號(hào)分子轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑為T(mén)oll/Sp?tzle/NF-κB/Tube/Cactus/Dorsal/Dif/Drosomycin。LRRs缺失突變說(shuō)明LRR3/4/10/11/12等區(qū)域可能具有特殊位點(diǎn)，對(duì)PmToll9的配體識(shí)別過(guò)程具有重要作用。
　　本研究應(yīng)用多種生物技術(shù)探究了PmToll9對(duì)哺乳