本文關鍵詞：基于多種組學技術的鎳離子細胞毒性機理研究

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【摘要】：鎳鈦合金作為一種常用的醫(yī)學材料,被用于整形科和心血管科等多個方面,如用于人造骨骼和牙齒、心血管支架等,但由于鎳鈦合金中含有約54.5%-56.3%的可能會致畸致癌的鎳元素,因此對鎳鈦合金和鎳離子的生物相容性研究非常必要。目前對鎳離子的生物相容性研究已經(jīng)在整體水平、細胞水平和分子水平上開展,但在分子水平的研究中大部分仍采用RT-PCR、ELISA等傳統(tǒng)的分子生物學方法對少量DNA、蛋白質(zhì)、代謝物等進行分析,也有少量使用高通量的組學技術(如基因表達譜芯片技術、液質(zhì)聯(lián)用技術等)對單一分子層次整體水平進行的研究,而將多種組學技術相結(jié)合以從系統(tǒng)生物學的角度探討鎳離子的細胞毒性機理則未見報道。本論文的目的是首先采用蛋白質(zhì)組學和代謝組學技術結(jié)合生物信息學方法分別在蛋白質(zhì)水平和代謝水平上研究鎳離子的細胞毒性機理；再與本課題組前期已完成的基因組學結(jié)果進行聯(lián)合分析,從多層次生物組學的系統(tǒng)生物學的角度闡述鎳離子的細胞毒性機理。本論文的主要內(nèi)容如下：1.蛋白質(zhì)組學和代謝組學實驗：以正常的完全培養(yǎng)基培養(yǎng)L929細胞作為對照組,使用含不同濃度鎳離子的培養(yǎng)基培養(yǎng)L929細胞不同時間作為實驗組,然后使用胰酶或裂解液收集細胞樣品(包括對照組和實驗組),并寄送至公司進行蛋白質(zhì)組學實驗和代謝組學實驗。2.蛋白質(zhì)組學結(jié)果的生物信息學分析：統(tǒng)計各實驗組中蛋白質(zhì)差異表達情況,在100μM的12h、24h和48h組中分別檢測到了158、1633、1587個差異表達蛋白質(zhì),在200μM的12h、24h和48h組中分別檢測到了66、1292、1784個差異表達蛋白質(zhì),在6個實驗組中共得到了22種共有的差異表達蛋白質(zhì),其中19個為功能性蛋白質(zhì)。使用DAVID和GenMAPP分別對各實驗組的差異表達蛋白質(zhì)進行GO(基因本體論)分析和生物學通路分析,6個實驗組中均有多個GO功能類別受到了鎳離子影響,其中鎳離子濃度為200μM、作用時間為48h時L929細胞內(nèi)受影響的GO功能類別最多；6個實驗組中均有蛋白質(zhì)發(fā)生差異表達的生物學通路共有16條,有多條通路與細胞的粘附與遷移、細胞生長與增殖、細胞內(nèi)基因和蛋白質(zhì)的表達、能量代謝、炎癥反應等相關,這與前期得到的基因組學結(jié)果有相似之處。3.蛋白質(zhì)組學結(jié)果的驗證：采用Western blot實驗對蛋白質(zhì)組學結(jié)果進行了驗證,選取的五個蛋白質(zhì)在Western blot和蛋白質(zhì)組學中的表達模式完全一致,證明了基于iTRAQ技術的蛋白質(zhì)組學結(jié)果的可靠：采用ATP能量代謝檢測實驗對蛋白質(zhì)組學分析結(jié)果中鎳離子會對細胞內(nèi)的能量代謝過程產(chǎn)生影響這一結(jié)論進行了驗證,結(jié)果表明隨著鎳離子作用濃度提高和作用時間增強,細胞內(nèi)ATP含量顯著下降,鎳離子的確會影響細胞內(nèi)能量代謝過程。4.代謝組學結(jié)果的分析：使用多種多元統(tǒng)計學分析方法對代謝組學的原始數(shù)據(jù)進行了分析并篩選,在100μM的12h、24h和48h組中分別檢測到了40、64、79種差異表達代謝物,在200μM的12h、24h和48h組中分別檢測到了41、77、64種差異表達代謝物。使用MetaboAnalyst在線軟件對各個實驗組的差異表達代謝物進行了代謝通路分析,在6個實驗組中全部出現(xiàn)的代謝通路僅有3條：苯丙氨酸代謝通路、精氨酸和脯氨酸代謝通路(氨基酸代謝類)、氮素代謝通路(能量代謝類),表明了鎳離子對細胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成與代謝以及能量代謝過程產(chǎn)生了很大的影響。5.三種組學結(jié)果的聯(lián)合分析：將基因組學、蛋白質(zhì)組學和代謝組學三個層次上的通路分析結(jié)果進行了對比,篩選到在三個水平上均受鎳離子影響的三條通路：谷胱甘肽代謝通路、TCA循環(huán)通路和不飽和脂肪酸的生物合成通路,因此鎳離子通過影響細胞中氨基酸、碳水化合物、脂質(zhì)這三種主要物質(zhì)的代謝過程,進一步從蛋白質(zhì)的合成、能量代謝、細胞膜穩(wěn)定性等多個方面對細胞產(chǎn)生影響。6.蛋白質(zhì)組學結(jié)果和代謝組學結(jié)果的聯(lián)合分析：將蛋白質(zhì)組學和代謝組學結(jié)果進行了聯(lián)合分析,發(fā)現(xiàn)19條與氨基酸代謝、核苷酸代謝、脂質(zhì)代謝、碳水化合物代謝等相關的生物學通路中在兩個層次上均受到了鎳離子的影響,從多個方面揭示了鎳離子的毒性機制。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R318.08

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 劉存平;劉勇;賴嘯;;材料的生物相容性評價方法和發(fā)展趨勢[J];科技風;2016年01期

2 袁建豐;李林林;孫敏華;董嘉文;胡奇林;;iTRAQ標記技術及其在微生物比較蛋白質(zhì)組學中的研究進展[J];中國預防獸醫(yī)學報;2013年10期

3 周愿;單亦初;張麗華;張玉奎;;基于穩(wěn)定同位素標記的蛋白質(zhì)組學定量方法研究進展[J];色譜;2013年06期

4 林紅賽;王春仁;王志杰;張華;;生物材料的細胞生物相容性評價方法的研究進展[J];中國醫(yī)療器械信息;2011年09期

5 皇甫海燕;官春云;郭寶順;張秀英;;蛋白質(zhì)組學及植物蛋白質(zhì)組學研究進展[J];作物研究;2006年05期

6 任伊賓,楊柯,梁勇;醫(yī)用金屬材料中的鎳危害[J];生物醫(yī)學工程學雜志;2005年05期

7 王智聰,張慶合,趙中一,張維冰,李彤;二維液相色譜切換技術及其應用[J];分析化學;2005年05期

8 陳澤憲,徐輝碧;蛋白質(zhì)水解階段對氨基酸組成分析的影響[J];分析科學學報;2002年01期

9 李漢，李華儒;利用離子交換色譜快速純化α－淀粉酶[J];色譜;1994年02期

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