赤擬谷盜鳥苷三磷酸環(huán)化水解酶在表皮黑色素形成及免疫中的作用
發(fā)布時間：2022-01-14 01:18
表皮鞣化和先天免疫這兩個生理過程對昆蟲的生存和繁殖必不可少。前者通過色素沉著和表皮硬化參與維持昆蟲體表完整性、正常蛻皮行為及保護機體免受外源性物理傷害,后者則可通過調控黑色素的合成參與吞噬、包被病原體以及傷口的愈合等過程。因此,黑色素代謝途徑與以上兩個生理過程密切相關,并均通過多巴及其衍生物來實現(xiàn)。在此過程中,四氫生物喋呤是酪氨酸羥化酶羥化酪氨酸合成多巴中所必須的輔助因子,而鳥苷三磷酸環(huán)化水解酶（Punch）則是作為合成四氫生物喋呤的唯一限速酶。鳥苷三磷酸環(huán)化水解酶（Punch）在脊椎動物以及無脊椎動物中高度保守,先前的研究表明其在雙翅目以及鱗翅目昆蟲表皮黑色素形成中具有重要作用,而在鞘翅目中未見報道。為探究鞘翅目昆蟲中鳥苷三磷酸環(huán)化水解酶的功能,我們以赤擬谷盜（Tribolium castaneum）為研究對象展開相關研究。利用PCR獲得赤擬谷盜Punch的ORF序列。該基因全長771bp,含有四個外顯子,編碼含有256個氨基酸的蛋白序列。多重序列分析顯示赤擬谷盜Punch與其他昆蟲的同源蛋白序列高度相似。為探究赤擬谷盜Punch在表皮黑色素形成中的重要作用及其調控機制,本研究利用q...
【文章來源】：南京師范大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
四氫生物喋呤合成的兩條途徑[12]
第一章文獻綜述3圖1.2黑色素合成模式[25]Figure1.2Modelofmelaninsynthesis果蠅中，除了具有與哺乳動物細胞中定義的功能類似的功能外，喋呤還可以作為眼色素[26]。GTPCHΙ在眼睛和神經系統(tǒng)等組織中需要更高的表達，這些組織需要高水平的BH4來產生眼睛色素和神經遞質[27]。此外，GTPCHΙ的突變體同時影響黑化和骨化。有趣的是，觀察到純合子GTPCHΙ突變體的表型與TH純合子相似[28;29]。并且有研究通過幾種蛋白質相互作用的分析證明，果蠅體內的這兩種酶在體內和體外都有直接和間接的聯(lián)系[30]。除此之外，還有研究表明，鳥苷三磷酸環(huán)化水解酶的基因在果蠅受到感染后被誘導，主要是該基因參與了酪氨酸羥化酶必需的輔因子四氫生物喋呤的生物合成[31]。這種輔因子是酪氨酸轉化為多巴胺所必需的[32]，多巴胺在免疫中至少有兩個可能的作用。首先，多巴胺是果蠅的兩種主要兒茶酚胺之一，對昆蟲和哺乳動物的應激反應都很重要[33]。第二，多巴胺是黑色素的前體，在果蠅的傷口愈合和包埋過程中減少。事實上，有人提出，Punch可能會導致黑色素增加[31]。在鱗翅目昆蟲中，H.Sawada等人[34]首先在七葉樹蝶（Preciscoenia）的翅膀中檢測到了編碼鳥苷三磷酸環(huán)化水解酶的mRNA的表達。七葉樹蝶羽化前一天，在色素形成部位附近檢測到了最強的陽性信號。這種GTPCHΙ基因的表達與在翅膀提取物中測得的GTPCHΙ酶的活性是一致的。而在成蟲羽化前一天，出現(xiàn)黑色和灰色（黑色素）的色素沉著[35]。因此，這一時期的GTPCHΙ活性可能與酪氨酸羥基化輔因子BH4的合成有關。隨后RyoFutahashi等人[25]進一步研究檢測柑橘鳳蝶（Papilioxuthus）GTPCHΙ抑制劑對培養(yǎng)的表皮色素沉著的影響。GTPCHΙ抑制劑完全阻斷區(qū)域特異性色素沉著，其效果與TH抑制劑相似。這表明GTPCHΙ的
第一章文獻綜述4典黑化途徑的描述中[37;38;39;40]。證明BH4和GTPCHΙ在家蠶幼蟲表皮再生過程中起黑化和著色作用，這凸顯了除經典途徑之外的有關黑色素形成因子的重要性。1.2表皮鞣化（硬化和著色）1.2.1表皮鞣化概述昆蟲表皮在最初合成時是柔軟和蒼白的。隨后表皮在合成后的幾個小時到幾時間內變得成熟，由于表皮蛋白的交聯(lián)和脫水，表皮變得越來越堅固（骨化）[41]。昆蟲表皮鞣化（硬化和著色）是一個復雜的過程（如圖1.3），該過程涉及表皮蛋白與醌的氧化結合和交聯(lián)，使蛋白質不溶，也使得外骨骼變硬和變暗。醌是從氨基酸酪氨酸的兒茶酚代謝物中衍生出來的，通過一系列酶的修飾產生，包括羥基化、脫羧、N-�；D移和氧化[42]。在鞣化過程中，相鄰的多肽鏈之間會形成交聯(lián)，導致聚合物逐漸硬化、脫水和緊密堆積。這種交聯(lián)是由N-�；鶅翰璺影费苌孽王谆c結構蛋白的親核側鏈基團反應的結果，導致機械性能和著色的變化[43]。昆蟲表皮鞣化前體的兒茶酚主要有多巴胺、N-丙基多巴胺（NBAD）、和N-乙酰多巴胺（NADA）[44]。表皮鞣化是一個復雜的過程，主要包括以下步驟：（1）酪氨酸羥基化成3，4-二羥基苯丙氨酸（Dopa），（2）Dopa脫羧成多巴胺，（3）多巴胺N-�；癁镹-乙酰多巴胺或N-β-丙氨酰多巴胺（4）NADA和NBAD氧化成相應的醌，（5）醌或醌衍生物與表皮蛋白質側鏈發(fā)生反應，導致蛋白質交聯(lián)[45;46]。簡單地來說，表皮硬化及黑色素形成可能是同時發(fā)生，且黑化反應的產物同時參與表皮硬化與黑色素形成。圖1.3赤擬谷盜表皮鞣化的代謝過程[47]Figure1.3CuticletanningmetabolicpathwayinT.castaneum.
【參考文獻】：
期刊論文
[1]GCH1 plays a role in the high-altitude adaptation of Tibetans[J]. Yong-Bo Guo,Yao-Xi He,Chao-Ying Cui,Ouzhuluobu,Baimakangzhuo,Duojizhuoma,Dejiquzong,Bianba,Yi Peng,Cai-juan Bai,Gonggalanzi,Yong-Yue Pan,Qula,Kangmin,Cirenyangji,Baimayangji,Wei Guo,Yangla,Hui Zhang,Xiao-Ming Zhang,Wang-Shan Zheng,Shu-Hua Xu,Hua Chen,Sheng-Guo Zhao,Yuan Cai,Shi-Ming Liu,Tian-Yi Wu,Xue-Bin Qi,Bing Su. Zoological Research. 2017(03)
[2]果蠅先天性免疫研究進展[J]. 曹慧,李宗蕓,王秋香. 昆蟲知識. 2009(02)
[3]RNAi技術在昆蟲功能基因研究中的應用進展[J]. 楊中俠,文禮章,吳青君,王少麗,徐寶云,張友軍. 昆蟲學報. 2008(10)
[4]昆蟲黑化反應的分子機制研究進展[J]. 楊松. 國外醫(yī)學(寄生蟲病分冊). 2003(04)
博士論文
[1]家蠶和黃粉蟲酪氨酸羥化酶結構性質和功能的研究[D]. 韓宏巖.蘇州大學 2012
碩士論文
[1]家蠶鳥苷三磷酸環(huán)化水解酶（BmGTPCH）基因在黑色素代謝過程中的功能研究[D]. 王計英.西南大學 2012
[2]黃粉蟲酪氨酸羥化酶基因克隆、功能分析及原核表達研究[D]. 王大永.蘇州大學 2010
本文編號：3587517
【文章來源】：南京師范大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數】：76 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
四氫生物喋呤合成的兩條途徑[12]
第一章文獻綜述3圖1.2黑色素合成模式[25]Figure1.2Modelofmelaninsynthesis果蠅中，除了具有與哺乳動物細胞中定義的功能類似的功能外，喋呤還可以作為眼色素[26]。GTPCHΙ在眼睛和神經系統(tǒng)等組織中需要更高的表達，這些組織需要高水平的BH4來產生眼睛色素和神經遞質[27]。此外，GTPCHΙ的突變體同時影響黑化和骨化。有趣的是，觀察到純合子GTPCHΙ突變體的表型與TH純合子相似[28;29]。并且有研究通過幾種蛋白質相互作用的分析證明，果蠅體內的這兩種酶在體內和體外都有直接和間接的聯(lián)系[30]。除此之外，還有研究表明，鳥苷三磷酸環(huán)化水解酶的基因在果蠅受到感染后被誘導，主要是該基因參與了酪氨酸羥化酶必需的輔因子四氫生物喋呤的生物合成[31]。這種輔因子是酪氨酸轉化為多巴胺所必需的[32]，多巴胺在免疫中至少有兩個可能的作用。首先，多巴胺是果蠅的兩種主要兒茶酚胺之一，對昆蟲和哺乳動物的應激反應都很重要[33]。第二，多巴胺是黑色素的前體，在果蠅的傷口愈合和包埋過程中減少。事實上，有人提出，Punch可能會導致黑色素增加[31]。在鱗翅目昆蟲中，H.Sawada等人[34]首先在七葉樹蝶（Preciscoenia）的翅膀中檢測到了編碼鳥苷三磷酸環(huán)化水解酶的mRNA的表達。七葉樹蝶羽化前一天，在色素形成部位附近檢測到了最強的陽性信號。這種GTPCHΙ基因的表達與在翅膀提取物中測得的GTPCHΙ酶的活性是一致的。而在成蟲羽化前一天，出現(xiàn)黑色和灰色（黑色素）的色素沉著[35]。因此，這一時期的GTPCHΙ活性可能與酪氨酸羥基化輔因子BH4的合成有關。隨后RyoFutahashi等人[25]進一步研究檢測柑橘鳳蝶（Papilioxuthus）GTPCHΙ抑制劑對培養(yǎng)的表皮色素沉著的影響。GTPCHΙ抑制劑完全阻斷區(qū)域特異性色素沉著，其效果與TH抑制劑相似。這表明GTPCHΙ的
第一章文獻綜述4典黑化途徑的描述中[37;38;39;40]。證明BH4和GTPCHΙ在家蠶幼蟲表皮再生過程中起黑化和著色作用，這凸顯了除經典途徑之外的有關黑色素形成因子的重要性。1.2表皮鞣化（硬化和著色）1.2.1表皮鞣化概述昆蟲表皮在最初合成時是柔軟和蒼白的。隨后表皮在合成后的幾個小時到幾時間內變得成熟，由于表皮蛋白的交聯(lián)和脫水，表皮變得越來越堅固（骨化）[41]。昆蟲表皮鞣化（硬化和著色）是一個復雜的過程（如圖1.3），該過程涉及表皮蛋白與醌的氧化結合和交聯(lián)，使蛋白質不溶，也使得外骨骼變硬和變暗。醌是從氨基酸酪氨酸的兒茶酚代謝物中衍生出來的，通過一系列酶的修飾產生，包括羥基化、脫羧、N-�；D移和氧化[42]。在鞣化過程中，相鄰的多肽鏈之間會形成交聯(lián)，導致聚合物逐漸硬化、脫水和緊密堆積。這種交聯(lián)是由N-�；鶅翰璺影费苌孽王谆c結構蛋白的親核側鏈基團反應的結果，導致機械性能和著色的變化[43]。昆蟲表皮鞣化前體的兒茶酚主要有多巴胺、N-丙基多巴胺（NBAD）、和N-乙酰多巴胺（NADA）[44]。表皮鞣化是一個復雜的過程，主要包括以下步驟：（1）酪氨酸羥基化成3，4-二羥基苯丙氨酸（Dopa），（2）Dopa脫羧成多巴胺，（3）多巴胺N-�；癁镹-乙酰多巴胺或N-β-丙氨酰多巴胺（4）NADA和NBAD氧化成相應的醌，（5）醌或醌衍生物與表皮蛋白質側鏈發(fā)生反應，導致蛋白質交聯(lián)[45;46]。簡單地來說，表皮硬化及黑色素形成可能是同時發(fā)生，且黑化反應的產物同時參與表皮硬化與黑色素形成。圖1.3赤擬谷盜表皮鞣化的代謝過程[47]Figure1.3CuticletanningmetabolicpathwayinT.castaneum.
【參考文獻】：
期刊論文
[1]GCH1 plays a role in the high-altitude adaptation of Tibetans[J]. Yong-Bo Guo,Yao-Xi He,Chao-Ying Cui,Ouzhuluobu,Baimakangzhuo,Duojizhuoma,Dejiquzong,Bianba,Yi Peng,Cai-juan Bai,Gonggalanzi,Yong-Yue Pan,Qula,Kangmin,Cirenyangji,Baimayangji,Wei Guo,Yangla,Hui Zhang,Xiao-Ming Zhang,Wang-Shan Zheng,Shu-Hua Xu,Hua Chen,Sheng-Guo Zhao,Yuan Cai,Shi-Ming Liu,Tian-Yi Wu,Xue-Bin Qi,Bing Su. Zoological Research. 2017(03)
[2]果蠅先天性免疫研究進展[J]. 曹慧,李宗蕓,王秋香. 昆蟲知識. 2009(02)
[3]RNAi技術在昆蟲功能基因研究中的應用進展[J]. 楊中俠,文禮章,吳青君,王少麗,徐寶云,張友軍. 昆蟲學報. 2008(10)
[4]昆蟲黑化反應的分子機制研究進展[J]. 楊松. 國外醫(yī)學(寄生蟲病分冊). 2003(04)
博士論文
[1]家蠶和黃粉蟲酪氨酸羥化酶結構性質和功能的研究[D]. 韓宏巖.蘇州大學 2012
碩士論文
[1]家蠶鳥苷三磷酸環(huán)化水解酶（BmGTPCH）基因在黑色素代謝過程中的功能研究[D]. 王計英.西南大學 2012
[2]黃粉蟲酪氨酸羥化酶基因克隆、功能分析及原核表達研究[D]. 王大永.蘇州大學 2010
本文編號：3587517
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