發(fā)布時間：2018-01-03 14:42

  本文關(guān)鍵詞：冬眠蝙蝠腦蛋白質(zhì)組學及抗氧化防御的研究　出處：《華東師范大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： 蝙蝠 冬眠 腦 蛋白質(zhì)組 氧化應(yīng)激 抗氧化 Nrf2 分子進化

【摘要】：蝙蝠隸屬于翼手目,物種繁多,是唯一能夠飛翔的一類哺乳動物。根據(jù)傳統(tǒng)分類學的方法,將蝙蝠分為大蝙蝠亞目和小蝙蝠亞目。其中,大蝙蝠亞目中的蝙蝠主要以花蜜和水果等為食,它們不具有深入冬眠的能力；而小蝙蝠亞目中的蝙蝠主要以昆蟲為食,大部分小蝙蝠具有深入冬眠的能力。隨著新興的分子系統(tǒng)學的發(fā)展,又將蝙蝠分為了Yinpterochiroptera和Yangochiroptera亞目,具有冬眠能力的蝙蝠在這兩個亞目中均有分布。冬眠是一種生存策略,在冬季嚴寒來臨時,動物選擇進入一種體溫下降、代謝率下降、血流減緩等的狀態(tài)來應(yīng)對惡劣的自然環(huán)境。冬眠期間,動物的各項生理指標發(fā)生了頻繁的波動,例如,體溫、心率、血流等。而對這些波動的耐受正是其他非冬眠動物所不能比擬的,因此冬眠動物也成為了學者們研究的熱點,例如,冬眠過程中的缺血再灌注過程、體溫和心率的迅速恢復(fù)過程等等。但在蝙蝠冬眠的研究領(lǐng)域中,仍然有許多尚未解決的問題值得我們進一步研究。本論文由三部分組成,首先,由于腦在冬眠過程中發(fā)揮了重要的調(diào)控作用,但蝙蝠腦部在冬眠中到底發(fā)生了怎樣的適應(yīng)性變化卻知之甚少。因此我們通過蛋白質(zhì)組學技術(shù),對馬鐵菊頭蝠進行研究,通過比較冬眠蟄伏期和活躍期的蝙蝠腦組織中蛋白質(zhì)的變化,從而更全面的了解蝙蝠在冬眠過程中的腦部變化和其潛在的保護機制。經(jīng)過我們的實驗和分析,鑒定出36%(36個)以上有顯著表達差異的蛋白質(zhì),均參與到突觸膜泡的動態(tài)變化過程及細胞骨架完整性的維持,這表明神經(jīng)細胞等結(jié)構(gòu)的完整性是神經(jīng)活動的基礎(chǔ)。除此之外,其他差異表達的蛋白質(zhì)與神經(jīng)細胞中線粒體(13個)的功能和能量代謝(24個)有密切的關(guān)系。這部分蛋白質(zhì)的變化從某種程度上說明了冬眠動物在能量供給有限的情況下,腦部神經(jīng)活動維持的適應(yīng)性。最后,我們還鑒定到許多與細胞穩(wěn)態(tài)維持相關(guān)的蛋白質(zhì),例如,轉(zhuǎn)錄和翻譯(6個)、蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)(10個)、以及氧化還原穩(wěn)態(tài)(9個)。更進一步說明冬眠期蝙蝠腦部的適應(yīng)性調(diào)節(jié)過程,包含必不可少的三個方面,結(jié)構(gòu)的完整、能量代謝的調(diào)節(jié)、及細胞穩(wěn)態(tài)的維持。除此之外,GNAO1(G蛋白α亞基01類型)可能保證了冬眠期間腦部的神經(jīng)活動�；谏鲜龅鞍踪|(zhì)組的研究結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)抗氧化調(diào)控的方便呈現(xiàn)除了不一致性,又由于蝙蝠在冬眠過程經(jīng)歷了劇烈的生理特征變化,而這些變化是其余非冬眠蝙蝠所不能承受的,那么蝙蝠是如何應(yīng)對腦部耗氧量的劇烈變化所帶來的氧化應(yīng)激壓力,并保護自身免遭損傷的呢?目前,關(guān)于冬眠蝙蝠抗氧化系統(tǒng)而全面的研究仍不足,另外,冬眠過程中蝙蝠腦部是否存在氧自由基的累積也仍然是個謎,因此本論文的第二部分,首先通對冬眠蝙蝠和外群,腦部的氧自由基水平進行測定,并對抗氧化物酶和小分子抗氧化劑在冬眠中各個時期的表達量進行了測定。結(jié)果表明,在我們研究的兩種冬眠蝙蝠腦中,腦部的氧自由基均在蘇醒期得到了清除。并且,兩種冬眠蝙蝠(大足鼠耳蝠和馬鐵菊頭蝠)采取了不同的抗氧化策略來清除氧自由基,大足鼠耳蝠在蘇醒后上調(diào)多個抗氧化物酶的表達量；相反,馬鐵菊頭蝠的多個抗氧化酶在各個時期均保持較高的表達水平,而通過快速的調(diào)用小分子抗氧化劑(GSH)來實現(xiàn)氧化應(yīng)激壓力的緩解�；谝陨系难芯拷Y(jié)果,我們進一步利用Ingenuity pathway analysis分析平臺,對冬眠過程中可能發(fā)揮調(diào)控功能的轉(zhuǎn)錄因子進行了有效的預(yù)測并進行實驗的驗證,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子Nrf2和FOXOs,在抗氧化調(diào)控過程中發(fā)揮了極其重要的作用。本研究首先解答了冬眠期是否存在氧自由基積累的問題,再對兩個亞目的冬眠蝙蝠進行了抗氧化研究,從而為全面的了解氧自由基與抗氧化、及衰老提供新視角。結(jié)合本論文第二部分對蝙蝠抗氧化的全面研究,本文第三部分結(jié)合了蝙蝠的食性特征,進一步探討抗氧化與食性的關(guān)系。由于食果蝙蝠攝入大量水果花蜜,其中含有豐富的小分子抗氧化劑；因此很可能對抗氧化酶的需求有所下降�？寡趸甘艿睫D(zhuǎn)錄因子Nrf2的調(diào)控,因此我們猜測Nrf2基因在果蝠中經(jīng)歷了松弛選擇。本研究利用分子克隆技術(shù)從11個蝙蝠物種中擴增獲得Nrf2基因的編碼區(qū)域,并結(jié)合其余物種的Nrf2基因序列進行分子進化分析,最后利用生物化學實驗對結(jié)果進行佐證。本研究發(fā)現(xiàn),在舊大陸果蝠中,Mrf2基因很可能經(jīng)歷了松弛選擇,但我們不能排除正選擇的可能性。除此之外,在舊大陸果蝠中發(fā)現(xiàn)有七個區(qū)別于其他物種的氨基酸替代,而Nrf2進化歷程中所積累的這些氨基酸突變可能會對舊大陸果蝠中Nrf2的功能造成影響。我們進一步發(fā)現(xiàn)食果蝙蝠(舊大陸果蝠)中,Nrf2的表達量顯著的高于食蟲蝙蝠,但CAT的表達量卻十分低。因此我們認為Nrf2進化歷程中所積累的氨基酸突變可能造成Nrf2轉(zhuǎn)錄活性的減弱。本研究提供了食性是如何影響哺乳動物抗氧化的相關(guān)證據(jù)。綜上所述,本研究對蝙蝠腦組織在冬眠期和活躍期的蛋白質(zhì)表達譜進行了比較和研究,從突觸膜泡運動與細胞骨架、能量代謝、以及細胞穩(wěn)態(tài)維持三個方面進行了總結(jié)和闡述。其次,對冬眠期蝙蝠腦部進行了全面的抗氧化研究,發(fā)現(xiàn)了物種特異性的抗氧化策略。并結(jié)合蝙蝠食性的特殊性,從分子進化的角度闡述了蝙蝠食性與抗氧化策略選擇的進化歷程。以上的研究結(jié)果不僅為我們了解蝙蝠冬眠提供了豐富的視角,也為許多腦疾病的研究提供了醫(yī)學借鑒意義。
[Abstract]:According to the method of traditional taxonomy , the bats are divided into big bat suborder and small bat suborder . On the basis of the results of the above research , we found that the oxygen free radicals in the brain of the bats in hibernation have been eliminated . In addition , the second part of this paper deals with the effect of antioxidant enzymes and antioxidant enzymes on antioxidant activity . In this paper , a comprehensive anti - oxidation study of bat ' s brain was carried out and the evolution history of bat ' s appetite and anti - oxidation strategy was discussed from the point of view of molecular evolution .

【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q51
，

本文編號：1374357