本文關(guān)鍵詞：秀麗線蟲腸道上皮細(xì)胞鞘糖脂依賴的頂端極性囊泡運(yùn)輸及其因子研究　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：多細(xì)胞管是生物體內(nèi)幾乎所有內(nèi)部器官的基本組成單位,其發(fā)育或功能缺陷通常會(huì)導(dǎo)致疾病的發(fā)生,例如結(jié)腸癌和多囊腎病等。多細(xì)胞管是由極化的上皮細(xì)胞組成。上皮細(xì)胞的頂端膜圍繞中央的管腔形成管腔膜,基底側(cè)膜與相鄰細(xì)胞或細(xì)胞外基質(zhì)接觸。盡管多種調(diào)控上皮細(xì)胞極性的因素已經(jīng)被發(fā)現(xiàn),但它們?cè)谏掀ぜ?xì)胞極性建立、極化膜生物合成和組織形成過程中是如何相互協(xié)調(diào)和整合的還尚不清楚。目前一種觀點(diǎn)認(rèn)為在細(xì)胞外的極化信號(hào)發(fā)生后,上皮細(xì)胞的頂端-基底端膜結(jié)構(gòu)域是由細(xì)胞膜和細(xì)胞連接相結(jié)合的極性決定因子(如PAR復(fù)合物、Crumbs復(fù)合物和Scribble復(fù)合物)建立的,隨后由細(xì)胞內(nèi)的定向/極性運(yùn)輸來維持。然而這一觀點(diǎn)卻無法合理解釋細(xì)胞極性決定因子本身是如何到達(dá)不同的膜結(jié)構(gòu)域的,并且這一觀點(diǎn)目前受到了來自對(duì)體外和體內(nèi)3D管腔化研究結(jié)果的挑戰(zhàn)。最近,據(jù)報(bào)導(dǎo)在對(duì)體外3D組織培養(yǎng)的MDCK細(xì)胞和秀麗線蟲腸道上皮細(xì)胞的管腔化研究中發(fā)現(xiàn)囊泡運(yùn)輸對(duì)于頂端/管腔膜結(jié)構(gòu)域的極化定位是必需的,并且細(xì)胞內(nèi)的囊泡運(yùn)輸本身能決定膜結(jié)構(gòu)域的特性,可能通過在新的膜生物合成過程中招募和運(yùn)輸極性決定因子到達(dá)其相應(yīng)的膜結(jié)構(gòu)域。本實(shí)驗(yàn)室的前期研究結(jié)果表明與囊泡相結(jié)合的鞘糖脂、網(wǎng)格蛋白及其銜接蛋白AP-1的缺失會(huì)導(dǎo)致包括極性決定因子在內(nèi)的多種頂端膜蛋白錯(cuò)誤地出現(xiàn)在秀麗線蟲腸道上皮細(xì)胞的基底側(cè)膜,并導(dǎo)致異位側(cè)腔的形成。由此說明鞘糖脂、網(wǎng)格蛋白和AP-1參與頂端膜蛋白的分選,并且證實(shí)了鞘糖脂在早期關(guān)于極性的脂質(zhì)筏假說中的作用。此外,在秀麗線蟲腸道頂端膜結(jié)構(gòu)域和管腔的極性定位過程中,網(wǎng)格蛋白和它的銜接蛋白AP-1都與鞘糖脂有遺傳的相互作用,說明這些囊泡載體結(jié)合因子是秀麗線蟲腸道管狀上皮細(xì)胞頂端膜極性的固有調(diào)控因子,并且支持了鞘糖脂在頂端膜生物合成過程中的一種假定的囊泡分選模型,即鞘糖脂、網(wǎng)格蛋白及其銜接蛋白AP-1共同作用將帶有頂端膜蛋白的運(yùn)輸囊泡分離出來并定向地運(yùn)往頂端細(xì)胞膜。盡管以上的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持了囊泡運(yùn)輸是細(xì)胞發(fā)生極化的固有調(diào)控因素,但鞘糖脂/網(wǎng)格蛋白/AP-1依賴的運(yùn)輸通路是如何指導(dǎo)頂端細(xì)胞膜極性建立的,包括哪些分子參與調(diào)控這一通路,以及這一通路是通過哪種途徑將頂端膜蛋白運(yùn)輸?shù)巾敹四そY(jié)構(gòu)域的還不清楚。本研究以秀麗線蟲后有絲分裂期延伸的腸道管狀上皮細(xì)胞為模型,對(duì)鞘糖脂依賴的頂端極性分選途徑的囊泡運(yùn)輸調(diào)控因子及其調(diào)節(jié)路徑進(jìn)行了研究。首先,對(duì)秀麗線蟲多細(xì)胞腸道和單細(xì)胞排泄管的頂端膜生物合成和管腔化過程缺陷分別進(jìn)行了基因組范圍內(nèi)的rnai篩選,結(jié)果從中獲得了50個(gè)與囊泡運(yùn)輸相關(guān)的基因,包括囊泡包被復(fù)合物copi/copii的組成成分、小gtp酶、v-atp酶組成成分和snare蛋白等的編碼基因。這些基因幾乎涵蓋了與囊泡運(yùn)輸有關(guān)的各個(gè)過程,包括囊泡的生物合成、運(yùn)輸、錨定和融合。由于這50個(gè)基因的缺失都會(huì)導(dǎo)致管狀上皮細(xì)胞頂端膜蛋白極化定位的缺陷,因此這些基因?qū)τ陧敹四さ纳锖铣墒潜匦璧�。其�?為了研究這50個(gè)與囊泡運(yùn)輸相關(guān)基因中是否有調(diào)節(jié)鞘糖脂依賴的頂端分選途徑的基因,本研究對(duì)這50個(gè)基因和一個(gè)編碼鞘糖脂生物合成酶的基因let-767之間做了遺傳相互作用的篩選,結(jié)果成功獲得了鞘糖脂依賴的頂端分選途徑的調(diào)控基因,包括12個(gè)鞘糖脂依賴的極性轉(zhuǎn)換表型的增強(qiáng)子(增強(qiáng)子是指那些功能缺失后能導(dǎo)致let-767(+/-)突變蟲株中出現(xiàn)極性轉(zhuǎn)換表型的基因)和5個(gè)抑制子(抑制子是指rnai后能減少帶有極性轉(zhuǎn)換表型的let-767(-/-)秀麗線蟲數(shù)目的基因)。隨后的分析發(fā)現(xiàn)在這些囊泡運(yùn)輸相關(guān)分子中,增強(qiáng)子主要在分泌/生物合成途徑中起作用,并且其中大部分因子調(diào)控er-golgi之間的運(yùn)輸途徑。相反,抑制子則主要在內(nèi)吞循環(huán)途徑中起作用,它們主要調(diào)控golgi到質(zhì)膜之間的運(yùn)輸途徑。此外,增強(qiáng)子本身對(duì)于頂端膜蛋白的分選是必需的,說明頂端膜結(jié)構(gòu)域的延伸和定位伴隨著分泌/生物合成途徑而發(fā)生。通過對(duì)抑制子的抑制機(jī)理研究發(fā)現(xiàn),抑制子的缺失并不會(huì)導(dǎo)致極性的恢復(fù),而是通過減緩頂端膜蛋白向基底側(cè)膜的錯(cuò)誤運(yùn)輸來抑制由鞘糖脂缺失所導(dǎo)致的極性轉(zhuǎn)換表型的出現(xiàn)。最后,采用rna干擾和體內(nèi)觀察實(shí)驗(yàn)對(duì)三個(gè)抑制子-dab-1/disabled,rab-7和vha-6(v-atpase的組成成分)的功能缺失進(jìn)行研究,結(jié)果表明這三個(gè)抑制子對(duì)頂端膜和基底側(cè)膜的生物合成都是必需的,并且這些抑制子是在鞘糖脂依賴的分選位點(diǎn)上游起作用,通過調(diào)控頂端膜蛋白和基底側(cè)膜蛋白的內(nèi)吞循環(huán)來調(diào)控鞘糖脂依賴的頂端分選途徑。綜上,本研究成功獲得了17個(gè)鞘糖脂依賴的頂端極性分選途徑的囊泡運(yùn)輸調(diào)控因子(包括12個(gè)增強(qiáng)子和5個(gè)抑制子)。其中增強(qiáng)子調(diào)控分泌/生物合成途徑,可能在鞘糖脂依賴的頂端運(yùn)輸途徑或與其相平行的途徑中起作用,而抑制子則調(diào)控內(nèi)吞循環(huán)途徑,將內(nèi)吞后的頂端膜蛋白和基底側(cè)膜蛋白運(yùn)輸至鞘糖脂依賴的分選位點(diǎn)。本研究結(jié)果進(jìn)一步支持了鞘糖脂依賴的頂端運(yùn)輸通路在頂端細(xì)胞膜生物合成過程中所起的作用是基于囊泡運(yùn)輸?shù)姆诌x機(jī)制,同時(shí)也支持了生物合成途徑固有地定向分化細(xì)胞膜極性的觀點(diǎn),并為今后深入研究囊泡運(yùn)輸在極化膜生物合成和上皮細(xì)胞極性建立過程中的作用機(jī)制提供了依據(jù),也為深入研究相關(guān)疾病的發(fā)生機(jī)制和防治提供了重要參考。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：Q25

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本文編號(hào)：1351689