發(fā)布時間：2018-03-21 22:00

  本文選題：冬眠　切入點：骨骼肌　出處：《西北大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：骨骼肌約占人類體重的40%,對維持人類健康生活必須的多種基本功能如發(fā)力、移動、產(chǎn)熱等具有重要作用。臨床上,不活動或去負(fù)荷等條件都會造成肌重丟失,引發(fā)這一變化的一個共同原因是廢用,即減少的神經(jīng)信號活化和降低的負(fù)荷。冬眠是很多物種維持生存的一個重要策略,在此過程中動物經(jīng)歷了長期的不活動、去負(fù)荷和饑餓,而肌重只有很小程度的丟失。這種機(jī)制可為阻止人類因廢用引起的肌萎縮提供重要線索。我們之前的研究表明快收縮肌和慢收縮肌可能有不同的對抗機(jī)制而非是同質(zhì)性的,那么,兩種骨骼肌分別是以何種方式對抗肌萎縮呢?目前尚缺乏這方面的系統(tǒng)研究,因此本研究以北方常見冬眠動物達(dá)烏爾黃鼠(Spermophilus dauricus)為實驗對象,在采用透射電子顯微鏡技術(shù)進(jìn)一步檢測黃鼠冬眠時骨骼肌肌纖維超微結(jié)構(gòu)的同時,通過iTRAQ定量蛋白質(zhì)組學(xué)的方法獲得慢收縮肌(比目魚肌)和快收縮肌(趾長伸肌)不同時期的高通量的差異蛋白譜,并采用生物信息學(xué)方法篩選構(gòu)建出維持黃鼠兩種骨骼肌肌肉質(zhì)量的關(guān)鍵調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。本研究對冬眠前、冬眠中、出眠三個時期的達(dá)烏爾黃鼠的慢收縮肌與快收縮肌等六組研究對象分別展開各個層次的調(diào)查,其中慢收縮肌選取比目魚肌,快收縮肌選取趾長伸肌。研究內(nèi)容主要包含以下三個部分：第一部分：采用透射電子顯微鏡技術(shù)觀察黃鼠骨骼肌肌纖維的超微結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)冬眠中兩種骨骼肌的肌纖維超微結(jié)構(gòu)均保持良好,未發(fā)生肌絲降解；原纖維間線粒體對稱分布于Z線兩側(cè)并且嵴完整可見,肌膜下線粒體超微結(jié)構(gòu)亦未發(fā)生顯著改變,但聚集的線粒體數(shù)目較冬眠前增多；慢收縮肌糖原顆粒數(shù)目顯著增加,快收縮肌糖原顆粒數(shù)目顯著減少。出眠時骨骼肌的超微結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微程度的改變,梭外肌出現(xiàn)少量排列不規(guī)則的肌絲,快收縮肌原纖維間線粒體朝向改變。第二部分：使用iTRAQ LC-MS/MS蛋白質(zhì)組學(xué)的方法鑒定黃鼠慢收縮肌與快收縮肌不同時期的差異蛋白,共鑒定2059種蛋白。與冬眠前相比,冬眠時慢收縮肌有96種蛋白表達(dá)量上調(diào),74種蛋白表達(dá)量下調(diào),共170種差異蛋白；快收縮肌有203種蛋白表達(dá)量上調(diào),61種蛋白表達(dá)量下調(diào),共264種差異蛋白。與冬眠中相比,出眠時慢收縮肌有216種蛋白表達(dá)量上調(diào),57種蛋白表達(dá)量下調(diào),共273種差異蛋白；快收縮肌有121種蛋白表達(dá)量上調(diào),67種蛋白表達(dá)量下調(diào),共188種差異蛋白。所有鑒定的蛋白中,代謝途徑的蛋白所占比例最高,共355種占19.7%。各個時期大多數(shù)差異蛋白的倍率變化較低,最少有50%的蛋白變化范圍在1.5倍以內(nèi)。蛋白相鄰類聚簇分析表明除了一般功能性蛋白外,具有翻譯后修飾與蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)功能的蛋白數(shù)量所占比例最高。第三部分：通過生物信息學(xué)方法篩選各個時期骨骼肌主要的功能變化并構(gòu)建黃鼠骨骼肌在冬眠期間維持肌肉質(zhì)量的生物調(diào)控網(wǎng)絡(luò)�；虮倔w富集聚類分析表明冬眠時慢收縮肌線粒體和蛋白酶體相關(guān)的功能條目最為富集,快收縮肌線粒體和蛋白合成相關(guān)的功能條目最為富集；出眠時慢收縮肌細(xì)胞骨架、線粒體功能、蛋白合成、細(xì)胞膜靶向相關(guān)蛋白、氧化應(yīng)激等方面都有所富集,快收縮肌肌原纖維和線粒體相關(guān)功能條目最為富集。通路富集分析顯示冬眠中慢收縮肌的氧化磷酸化,蛋白酶體和過氧化物酶體增殖物激活受體信號途徑顯著富集,快收縮肌中氧化磷酸化、蛋白的合成降解及收縮蛋白是其變化的主要通路；出眠時慢收縮肌的補體和凝血級聯(lián)反應(yīng),核糖體通路和肌肉收縮通路顯著富集,快收縮肌中氧化磷酸化以及側(cè)索硬化中的軸突運輸損傷部分顯著富集。對顯著富集的條目層級化分析顯示冬眠時慢收縮肌中糖代謝與支鏈脂肪酸代謝,泛素蛋白連接酶活性的正向調(diào)節(jié)與負(fù)向調(diào)節(jié)都有極顯著富集,快收縮肌中電子呼吸傳遞鏈與氧化磷酸化以及蛋白泛素連接的正向調(diào)節(jié)極顯著富集；出眠時慢收縮肌中凝血反應(yīng)、胞外基質(zhì)組織、過氧化氫代謝等極顯著富集,快收縮肌中電子呼吸傳遞鏈與氧化磷酸化、過氧化氫代謝、谷胱甘肽代謝等極顯著富集。對各個時期能量代謝與蛋白代謝的功能評估顯示冬眠中慢收縮肌的糖酵解和氧化磷酸化的能力不變而脂肪酸代謝的能力降低,蛋白分解和合成能力降低,快收縮肌中糖酵解代謝受到抑制,氧化磷酸化未發(fā)生顯著改變,而脂肪酸代謝能力升高,蛋白分解與合成能力在冬眠中均升高；出眠時慢收縮肌的糖酵解能力升高,氧化磷酸化能力降低,脂肪酸氧化能力和蛋白降解與蛋白合成能力升高；快收縮肌糖酵解代謝升高,氧化磷酸化能力降低,脂肪酸代謝能力降低,蛋白分解與合成能力繼續(xù)升高。反應(yīng)組學(xué)的分析結(jié)果顯示冬眠中慢收縮肌的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和DNA復(fù)制相關(guān)的反應(yīng)通路顯著富集,快收縮肌中電子呼吸傳遞鏈與細(xì)胞周期中的DNA合成顯著富集；出眠時慢收縮肌中由整合素aⅡbβ3信號誘導(dǎo)的血小板聚集引起的肌凝血反應(yīng)顯著富集,快收縮肌中糖異生途徑出現(xiàn)顯著富集,蛋白代謝主要體現(xiàn)在蛋白的翻譯后修飾。對構(gòu)建的差異蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),各個時期共表達(dá)占所有差異蛋白相互關(guān)系的50%以上,直接的物理相互作用所占比例則差異較大。冬眠中慢收縮肌差異蛋白相互作用共表達(dá)占57.32%,物理相互作用占37.64%,快收縮肌中共表達(dá)占73.03%,物理相互作用占6.29%；出眠時慢收縮肌中共表達(dá)占61.43%,物理相互作用占19.66%,快收縮肌中共表達(dá)占64.71%,物理相互作用占10.04%。通過預(yù)測冬眠期骨骼肌蛋白網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)因子,篩選控制肌肉質(zhì)量的相關(guān)因子,建立冬眠中骨骼肌抗肌萎縮的模型。結(jié)果表明慢收縮肌中刺激蛋白降解增加的轉(zhuǎn)錄生長因子β-1信號途徑被抑制,而刺激蛋白合成增加和抑制蛋白降解的胰島素樣生長因子-1受體信號途徑也同樣被抑制�？焓湛s肌中刺激蛋白降解增加的轉(zhuǎn)錄生長因子p-1信號途徑被激活,而對其有抑制作用的鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶途徑和非雷帕霉素敏感的哺乳動物靶點途徑則被抑制,此外能夠增強蛋白合成能力的胰島素途徑被激活。通過以上的研究結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)：出眠時骨骼肌的結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)組變化不是冬眠期骨骼肌變化的簡單逆轉(zhuǎn),而是存在巨大差異。在結(jié)構(gòu)方面,出眠時細(xì)胞骨架發(fā)生一定程度的重塑而冬眠時肌絲結(jié)構(gòu)完整;在蛋白質(zhì)組方面,出眠時出現(xiàn)運動應(yīng)激相關(guān)的生物學(xué)過程而非與冬眠時相同的生物學(xué)過程,出眠時的能量代謝與蛋白代謝也更類似于運動訓(xùn)練而非對冬眠的逆轉(zhuǎn)。冬眠時,慢收縮肌與快收縮肌的應(yīng)激反應(yīng)不同。盡管慢收縮肌與快收縮肌都未發(fā)生廢用性肌萎縮,但二者抗肌萎縮的機(jī)制不同,它們通過不同的調(diào)節(jié)路徑實現(xiàn)蛋白代謝的平衡以維持肌肉質(zhì)量。慢收縮肌通過抑制轉(zhuǎn)錄生長因子p-1信號途徑降低了蛋白降解能力,通過抑制胰島素樣生長因子-1信號途徑降低了蛋白合成能力,最終實現(xiàn)蛋白代謝的平衡,使冬眠時慢收縮肌肌肉質(zhì)量得以維持�？焓湛s肌通過抑制鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶途徑和非雷帕霉素敏感的哺乳動物靶點信號途徑并激活轉(zhuǎn)錄生長因子β-1信號途徑增強了蛋白降解能力,同時通過激活胰島素信號途徑使蛋白合成能力增強,從而使冬眠時快收縮肌實現(xiàn)蛋白代謝的平衡。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q445

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 姜山峰;冬眠黃鼠骨骼肌可塑性機(jī)制的蛋白質(zhì)組學(xué)研究與信息學(xué)分析[D];西北大學(xué);2016年

，

本文編號：1645725