高原鼢鼠p53基因对低氧的应答及对下游靶基因表达调控的特异性

论文摘要

高原鼢鼠（Myospalax baileyi）生活在海拔2 800 m-4 200 m的地区,是世居青藏高原的一种地下鼠,对严重的低氧环境有很强的适应性。p53是一个重要的肿瘤抑制因子,通过一系列下游靶基因调控细胞周期、细胞凋亡、DNA损伤修复和血管生成等,对动物寿命和防癌具有重要的作用。为了进一步探讨高原鼢鼠对高海拔洞道严重低氧环境的适应机制,本文采用RT-PCR技术克隆得到了高原鼢鼠p53的编码区序列,利用生物信息学方法对p53及其下游细胞周期、细胞凋亡、DNA修复相关基因序列进行了进化特异性分析,并以SD大鼠为对照,研究了p53及其下游基因在不同海拔条件下（3 300 m和2 260 m）的表达模式。结果表明:（1）高原鼢鼠p53基因的编码区序列长1179bp,编码372个氨基酸残基。高原鼢鼠p53基因序列与编码的氨基酸序列与甘肃鼢鼠和以色列鼹鼠p53的同源性最高,分别为98.47%、98.98%和93.30%、95.41%;高原鼢鼠与甘肃鼢鼠、以色列鼹鼠、裸鼹鼠和大鼠p53氨基酸序列相比,分别有4、17、48和59处变异,其中在DNA结合域分别有2、3、12和16处变异;高原鼢鼠、甘肃鼢鼠、以色列鼹鼠和裸鼹鼠四种地下鼠中246号（相当于人的248号）和271号（相当于人的273号）位点的变异与人类p53热点突变一致;与甘肃鼢鼠、以色列鼹鼠和裸鼹鼠相比,高原鼢鼠309号位点的变异是其特有的变异位点。（2）高原鼢鼠肝脏、肺脏、胃、肠和骨骼肌组织中,p53的表达水平随着海拔的升高极显著升高（P<0.01）,而SD大鼠中不随海拔的改变发生变化（P>0.05）。（3）高原鼢鼠细胞周期、细胞凋亡和DNA修复相关基因的序列与以色列鼹鼠同源性最高,达到90%以上;高原鼢鼠细胞周期相关因子p21、CyclinD1、CyclinE、CyclinB1、细胞凋亡相关因子PIDD、PUMA、Apaf-1、IGFBP3、Bcl-2以及DNA修复相关的因子p48和p53R2与以色列鼹鼠存在明显的平行进化位点;SIFT评估发现p21和CyclinB1分别在27和105号位点的变异对其功能有显著影响,PIDD、PUMA、Apaf-1和IGFBP3分别在78、853、157、320和285号位点的变异对其功能有显著影响。（4）高原鼢鼠肝脏、肺脏和骨骼肌组织中,与细胞周期G1期调控相关的基因p21表达水平随海拔的升高极显著升高（P<0.01）;p21下游的基因在不同海拔条件下的表达模式具有组织特异性,在高原鼢鼠肝脏组织中,p21下游CyclinD1、CyclinE、CDK6和CDK2的基因表达水平随海拔的升高显著降低（P<0.05）,在肺脏组织中CyclinD1、CDK6的表达水平随海拔的升高显著降低（P<0.05）,CyclinE和CDK2的表达水平不随海拔的变化发生变化（P>0.05）,在骨骼肌组织中p21下游CyclinD1、CyclinE、CDK6和CDK2基因的表达水平不随海拔的变化发生变化（P>0.05）;与G2期相关的基因Gadd45α、B99、14-3-3-δ和CyclinB1在高原鼢鼠组织中不随海拔高度的变化发生明显的变化（P>0.05）。在SD大鼠组织中细胞周期相关基因的表达水平都不随海拔条件的改变发生变化（P>0.05）。（5）高原鼢鼠肝脏组织中,凋亡促进基因Bax、PUMA和Apaf-1的表达水平随着海拔的升高显著下降（P<0.05）;肺脏组织中,凋亡促进基因PIDD、Bax、PUMA和Apaf-1的表达水平随海拔的升高显著下降（P<0.05）;骨骼肌组织中,凋亡促进基因Fas、Bax、PUMA和Apaf-1基因的表达水平随着海拔的升高极显著下降（P<0.01）;在高原鼢鼠肝脏、肺脏和骨骼肌组织中,只有凋亡抑制基因Bcl-2的表达水平随着海拔的升高其表达水平极显著升高（P<0.01）,并且Bcl-2/Bax比值随海拔的升高极显著上升（P<0.01）,而在SD大鼠中没有变化（P>0.05）。（6）高原鼢鼠肝脏、肺脏和骨骼肌组织中与DNA修复相关的基因p48和p53R2随着海拔的升高其表达水平极显著升高（P<0.01）,而在SD大鼠中没有变化（P>0.05）。以上结果提示,高原鼢鼠p53与其它地下鼠p53既有共同的变异位点,也有其特异的变异位点,物种亲缘关系越远,p53变异越大;高原鼢鼠p53与大鼠p53突变点差异大,说明生活环境对p53的变异有较大影响。低氧显著上调高原鼢鼠组织中p53的表达水平,而大鼠对环境氧浓度并不敏感。高原鼢鼠经过长期的低氧适应,通过上调p21基因的表达抑制下游基因的表达,可能导致细胞周期G1期阻滞,从而提供充足的时间修复受损的DNA,通过上调DNA修复基因p48和p53R2的表达对受损的DNA进行修复,提高DNA修复功能,保证DNA复制的准确性,这可能是地下鼠抗癌的共同特征;通过下调凋亡促进基因、上调凋亡抑制基因的表达抑制细胞凋亡,保证了细胞生存寿命,这可能与地下鼠的长寿有关。高原鼢鼠组织中细胞周期、细胞凋亡的调控不仅与基因的表达水平有关,而且可能与相关基因产物p21、CyclinB1、PIDD、PUMA、Apaf-1和IGFBP3结构发生变异有关,这些特征对高原鼢鼠适应低氧高二氧化碳的地下洞道生境具有重要的作用。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
•   1.1 青藏高原
•     1.1.1 青藏高原自然环境
•     1.1.2 高原低氧环境对人和动物的影响及其适应
•   1.2 地下鼠及其对低氧环境的适应
•     1.2.1 地下鼠及其生境特点
•     1.2.2 地下鼠对地下洞道生境的适应
•     1.2.3 高原鼢鼠及其生境特征
•     1.2.4 高原鼢鼠对地下低氧环境的适应
•     1.2.5 地下鼠长寿抗癌的机制
•   1.3 p53
•     1.3.1 p53及其结构
•     1.3.2 p53功能
•     1.3.3 p53突变
•     1.3.4 低氧与p53
•     1.3.5 地下鼠与p53
•   1.4 本论文的主要科学问题、研究内容、目的及意义
•     1.4.1 本论文的主要科学问题
•     1.4.2 本论文的研究内容
•     1.4.3 本论文的目的及意义
• 第二章 高原鼢鼠p53基因的克隆及其对不同低氧环境的应答
•   2.1 材料与方法
•     2.1.1 实验动物
•     2.1.2 主要实验仪器
•     2.1.3 主要试剂
•     2.1.4 实验方法
•   2.2 结果
•     2.2.1 高原鼢鼠p53基因的克隆及序列分析
•     2.2.2 高原鼢鼠p53变异位点分析
•     2.2.3 物种树的构建
•     2.2.4 高原鼢鼠p53选择压力分析
•     2.2.5 高原鼢鼠p53序列进化分析
•     2.2.6 高原鼢鼠p53变异位点对其功能影响的评估
•     2.2.7 不同海拔条件下高原鼢鼠和SD大鼠组织中p53表达水平
•     2.2.8 HIF-1α 与p53结合位点比对分析
•   2.3 讨论
• 第三章 高原鼢鼠p53下游细胞周期相关基因的进化和表达
•   3.1 材料与方法
•     3.1.1 实验动物
•     3.1.2 高原鼢鼠细胞周期相关基因序列获取
•     3.1.3 高原鼢鼠细胞周期相关基因序列分析
•     3.1.4 高原鼢鼠细胞周期相关基因选择压力、进化分析
•     3.1.5 高原鼢鼠细胞周期相关基因变异位点对其功能影响的评估
•     3.1.6 表达水平测定
•   3.2 结果
•     3.2.1 高原鼢鼠细胞周期相关基因序列分析及同源性比对
•     3.2.2 高原鼢鼠细胞周期相关基因选择压力分析
•     3.2.3 高原鼢鼠细胞周期相关基因序列进化分析
•     3.2.4 高原鼢鼠细胞周期相关基因序列变异位点对其功能影响的评估
•     3.2.5 高原鼢鼠和SD大鼠肝脏组织中细胞周期基因表达水平
•     3.2.6 高原鼢鼠和SD大鼠肺脏组织中细胞周期基因表达水平
•     3.2.7 高原鼢鼠和SD大鼠骨骼肌组织中细胞周期基因表达水平
•   3.3 讨论
• 第四章 高原鼢鼠p53下游细胞凋亡相关基因的进化和表达
•   4.1 材料与方法
•     4.1.1 实验动物
•     4.1.2 高原鼢鼠细胞凋亡相关基因序列获取
•     4.1.3 高原鼢鼠细胞凋亡相关基因序列分析
•     4.1.4 高原鼢鼠细胞凋亡相关基因选择压力、进化分析
•     4.1.5 高原鼢鼠细胞凋亡相关基因变异位点对其功能影响的评估
•     4.1.6 表达水平测定
•   4.2 结果
•     4.2.1 高原鼢鼠细胞凋亡相关基因序列分析及同源性比对
•     4.2.2 高原鼢鼠细胞凋亡相关基因选择压力分析
•     4.2.3 高原鼢鼠细胞凋亡相关基因序列进化分析
•     4.2.4 高原鼢鼠细胞凋亡相关基因序列变异位点对其功能影响的评估
•     4.2.5 高原鼢鼠和SD大鼠组织中细胞凋亡基因表达水平
•   4.3 讨论
• 第五章 高原鼢鼠p53下游DNA修复相关基因的进化和表达
•   5.1 材料与方法
•     5.1.1 实验动物
•     5.1.2 高原鼢鼠DNA修复相关基因序列获取
•     5.1.3 高原鼢鼠DNA修复相关基因序列分析
•     5.1.4 高原鼢鼠DNA修复相关基因选择压力、进化分析
•     5.1.5 高原鼢鼠DNA修复相关基因变异位点对其功能影响的评估
•     5.1.6 表达水平测定
•   5.2 结果
•     5.2.1 高原鼢鼠DNA修复相关基因序列分析及同源性比对
•     5.2.2 高原鼢鼠DNA修复相关基因选择压力分析
•     5.2.3 高原鼢鼠DNA修复相关基因序列进化分析
•     5.2.4 高原鼢鼠DNA修复相关基因序列变异位点对其功能影响的评估
•     5.2.5 高原鼢鼠和SD大鼠组织中DNA修复基因表达水平
•   5.3 讨论
• 第六章 全文总结
•   6.1 主要结论
•   6.2 论文创新点
•   6.3 论文的不足
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历

文章来源

类型: 博士论文

作者: 安志芳

导师: 魏登邦

关键词: 高原鼢鼠,低氧,靶基因,进化分析,表达

来源: 青海大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学,生物学

单位: 青海大学

基金: 青海省自然科学基金项目资助(2016-ZJ-901)

分类号: Q75

DOI: 10.27740/d.cnki.gqhdx.2019.000068

总页数: 143

文件大小: 5279K

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