赤拟谷盗鸟苷三磷酸环化水解酶在表皮黑色素形成及免疫中的作用
发布时间：2022-01-14 01:18
表皮鞣化和先天免疫这两个生理过程对昆虫的生存和繁殖必不可少。前者通过色素沉着和表皮硬化参与维持昆虫体表完整性、正常蜕皮行为及保护机体免受外源性物理伤害,后者则可通过调控黑色素的合成参与吞噬、包被病原体以及伤口的愈合等过程。因此,黑色素代谢途径与以上两个生理过程密切相关,并均通过多巴及其衍生物来实现。在此过程中,四氢生物喋呤是酪氨酸羟化酶羟化酪氨酸合成多巴中所必须的辅助因子,而鸟苷三磷酸环化水解酶（Punch）则是作为合成四氢生物喋呤的唯一限速酶。鸟苷三磷酸环化水解酶（Punch）在脊椎动物以及无脊椎动物中高度保守,先前的研究表明其在双翅目以及鳞翅目昆虫表皮黑色素形成中具有重要作用,而在鞘翅目中未见报道。为探究鞘翅目昆虫中鸟苷三磷酸环化水解酶的功能,我们以赤拟谷盗（Tribolium castaneum）为研究对象展开相关研究。利用PCR获得赤拟谷盗Punch的ORF序列。该基因全长771bp,含有四个外显子,编码含有256个氨基酸的蛋白序列。多重序列分析显示赤拟谷盗Punch与其他昆虫的同源蛋白序列高度相似。为探究赤拟谷盗Punch在表皮黑色素形成中的重要作用及其调控机制,本研究利用q...
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四氢生物喋呤合成的两条途径[12]
第一章文献综述3图1.2黑色素合成模式[25]Figure1.2Modelofmelaninsynthesis果蝇中，除了具有与哺乳动物细胞中定义的功能类似的功能外，喋呤还可以作为眼色素[26]。GTPCHΙ在眼睛和神经系统等组织中需要更高的表达，这些组织需要高水平的BH4来产生眼睛色素和神经递质[27]。此外，GTPCHΙ的突变体同时影响黑化和骨化。有趣的是，观察到纯合子GTPCHΙ突变体的表型与TH纯合子相似[28;29]。并且有研究通过几种蛋白质相互作用的分析证明，果蝇体内的这两种酶在体内和体外都有直接和间接的联系[30]。除此之外，还有研究表明，鸟苷三磷酸环化水解酶的基因在果蝇受到感染后被诱导，主要是该基因参与了酪氨酸羟化酶必需的辅因子四氢生物喋呤的生物合成[31]。这种辅因子是酪氨酸转化为多巴胺所必需的[32]，多巴胺在免疫中至少有两个可能的作用。首先，多巴胺是果蝇的两种主要儿茶酚胺之一，对昆虫和哺乳动物的应激反应都很重要[33]。第二，多巴胺是黑色素的前体，在果蝇的伤口愈合和包埋过程中减少。事实上，有人提出，Punch可能会导致黑色素增加[31]。在鳞翅目昆虫中，H.Sawada等人[34]首先在七叶树蝶（Preciscoenia）的翅膀中检测到了编码鸟苷三磷酸环化水解酶的mRNA的表达。七叶树蝶羽化前一天，在色素形成部位附近检测到了最强的阳性信号。这种GTPCHΙ基因的表达与在翅膀提取物中测得的GTPCHΙ酶的活性是一致的。而在成虫羽化前一天，出现黑色和灰色（黑色素）的色素沉着[35]。因此，这一时期的GTPCHΙ活性可能与酪氨酸羟基化辅因子BH4的合成有关。随后RyoFutahashi等人[25]进一步研究检测柑橘凤蝶（Papilioxuthus）GTPCHΙ抑制剂对培养的表皮色素沉着的影响。GTPCHΙ抑制剂完全阻断区域特异性色素沉着，其效果与TH抑制剂相似。这表明GTPCHΙ的
第一章文献综述4典黑化途径的描述中[37;38;39;40]。证明BH4和GTPCHΙ在家蚕幼虫表皮再生过程中起黑化和着色作用，这凸显了除经典途径之外的有关黑色素形成因子的重要性。1.2表皮鞣化（硬化和着色）1.2.1表皮鞣化概述昆虫表皮在最初合成时是柔软和苍白的。随后表皮在合成后的几个小时到几时间内变得成熟，由于表皮蛋白的交联和脱水，表皮变得越来越坚固（骨化）[41]。昆虫表皮鞣化（硬化和着色）是一个复杂的过程（如图1.3），该过程涉及表皮蛋白与醌的氧化结合和交联，使蛋白质不溶，也使得外骨骼变硬和变暗。醌是从氨基酸酪氨酸的儿茶酚代谢物中衍生出来的，通过一系列酶的修饰产生，包括羟基化、脱羧、N-酰基转移和氧化[42]。在鞣化过程中，相邻的多肽链之间会形成交联，导致聚合物逐渐硬化、脱水和紧密堆积。这种交联是由N-酰基儿茶酚胺衍生的醌和醌甲基与结构蛋白的亲核侧链基团反应的结果，导致机械性能和着色的变化[43]。昆虫表皮鞣化前体的儿茶酚主要有多巴胺、N-丙基多巴胺（NBAD）、和N-乙酰多巴胺（NADA）[44]。表皮鞣化是一个复杂的过程，主要包括以下步骤：（1）酪氨酸羟基化成3，4-二羟基苯丙氨酸（Dopa），（2）Dopa脱羧成多巴胺，（3）多巴胺N-酰化为N-乙酰多巴胺或N-β-丙氨酰多巴胺（4）NADA和NBAD氧化成相应的醌，（5）醌或醌衍生物与表皮蛋白质侧链发生反应，导致蛋白质交联[45;46]。简单地来说，表皮硬化及黑色素形成可能是同时发生，且黑化反应的产物同时参与表皮硬化与黑色素形成。图1.3赤拟谷盗表皮鞣化的代谢过程[47]Figure1.3CuticletanningmetabolicpathwayinT.castaneum.
【参考文献】：
期刊论文
[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]果蝇先天性免疫研究进展[J]. 曹慧,李宗芸,王秋香. 昆虫知识. 2009(02)
[3]RNAi技术在昆虫功能基因研究中的应用进展[J]. 杨中侠,文礼章,吴青君,王少丽,徐宝云,张友军. 昆虫学报. 2008(10)
[4]昆虫黑化反应的分子机制研究进展[J]. 杨松. 国外医学(寄生虫病分册). 2003(04)
博士论文
[1]家蚕和黄粉虫酪氨酸羟化酶结构性质和功能的研究[D]. 韩宏岩.苏州大学 2012
硕士论文
[1]家蚕鸟苷三磷酸环化水解酶（BmGTPCH）基因在黑色素代谢过程中的功能研究[D]. 王计英.西南大学 2012
[2]黄粉虫酪氨酸羟化酶基因克隆、功能分析及原核表达研究[D]. 王大永.苏州大学 2010
本文编号：3587517
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
四氢生物喋呤合成的两条途径[12]
第一章文献综述3图1.2黑色素合成模式[25]Figure1.2Modelofmelaninsynthesis果蝇中，除了具有与哺乳动物细胞中定义的功能类似的功能外，喋呤还可以作为眼色素[26]。GTPCHΙ在眼睛和神经系统等组织中需要更高的表达，这些组织需要高水平的BH4来产生眼睛色素和神经递质[27]。此外，GTPCHΙ的突变体同时影响黑化和骨化。有趣的是，观察到纯合子GTPCHΙ突变体的表型与TH纯合子相似[28;29]。并且有研究通过几种蛋白质相互作用的分析证明，果蝇体内的这两种酶在体内和体外都有直接和间接的联系[30]。除此之外，还有研究表明，鸟苷三磷酸环化水解酶的基因在果蝇受到感染后被诱导，主要是该基因参与了酪氨酸羟化酶必需的辅因子四氢生物喋呤的生物合成[31]。这种辅因子是酪氨酸转化为多巴胺所必需的[32]，多巴胺在免疫中至少有两个可能的作用。首先，多巴胺是果蝇的两种主要儿茶酚胺之一，对昆虫和哺乳动物的应激反应都很重要[33]。第二，多巴胺是黑色素的前体，在果蝇的伤口愈合和包埋过程中减少。事实上，有人提出，Punch可能会导致黑色素增加[31]。在鳞翅目昆虫中，H.Sawada等人[34]首先在七叶树蝶（Preciscoenia）的翅膀中检测到了编码鸟苷三磷酸环化水解酶的mRNA的表达。七叶树蝶羽化前一天，在色素形成部位附近检测到了最强的阳性信号。这种GTPCHΙ基因的表达与在翅膀提取物中测得的GTPCHΙ酶的活性是一致的。而在成虫羽化前一天，出现黑色和灰色（黑色素）的色素沉着[35]。因此，这一时期的GTPCHΙ活性可能与酪氨酸羟基化辅因子BH4的合成有关。随后RyoFutahashi等人[25]进一步研究检测柑橘凤蝶（Papilioxuthus）GTPCHΙ抑制剂对培养的表皮色素沉着的影响。GTPCHΙ抑制剂完全阻断区域特异性色素沉着，其效果与TH抑制剂相似。这表明GTPCHΙ的
第一章文献综述4典黑化途径的描述中[37;38;39;40]。证明BH4和GTPCHΙ在家蚕幼虫表皮再生过程中起黑化和着色作用，这凸显了除经典途径之外的有关黑色素形成因子的重要性。1.2表皮鞣化（硬化和着色）1.2.1表皮鞣化概述昆虫表皮在最初合成时是柔软和苍白的。随后表皮在合成后的几个小时到几时间内变得成熟，由于表皮蛋白的交联和脱水，表皮变得越来越坚固（骨化）[41]。昆虫表皮鞣化（硬化和着色）是一个复杂的过程（如图1.3），该过程涉及表皮蛋白与醌的氧化结合和交联，使蛋白质不溶，也使得外骨骼变硬和变暗。醌是从氨基酸酪氨酸的儿茶酚代谢物中衍生出来的，通过一系列酶的修饰产生，包括羟基化、脱羧、N-酰基转移和氧化[42]。在鞣化过程中，相邻的多肽链之间会形成交联，导致聚合物逐渐硬化、脱水和紧密堆积。这种交联是由N-酰基儿茶酚胺衍生的醌和醌甲基与结构蛋白的亲核侧链基团反应的结果，导致机械性能和着色的变化[43]。昆虫表皮鞣化前体的儿茶酚主要有多巴胺、N-丙基多巴胺（NBAD）、和N-乙酰多巴胺（NADA）[44]。表皮鞣化是一个复杂的过程，主要包括以下步骤：（1）酪氨酸羟基化成3，4-二羟基苯丙氨酸（Dopa），（2）Dopa脱羧成多巴胺，（3）多巴胺N-酰化为N-乙酰多巴胺或N-β-丙氨酰多巴胺（4）NADA和NBAD氧化成相应的醌，（5）醌或醌衍生物与表皮蛋白质侧链发生反应，导致蛋白质交联[45;46]。简单地来说，表皮硬化及黑色素形成可能是同时发生，且黑化反应的产物同时参与表皮硬化与黑色素形成。图1.3赤拟谷盗表皮鞣化的代谢过程[47]Figure1.3CuticletanningmetabolicpathwayinT.castaneum.
【参考文献】：
期刊论文
[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]果蝇先天性免疫研究进展[J]. 曹慧,李宗芸,王秋香. 昆虫知识. 2009(02)
[3]RNAi技术在昆虫功能基因研究中的应用进展[J]. 杨中侠,文礼章,吴青君,王少丽,徐宝云,张友军. 昆虫学报. 2008(10)
[4]昆虫黑化反应的分子机制研究进展[J]. 杨松. 国外医学(寄生虫病分册). 2003(04)
博士论文
[1]家蚕和黄粉虫酪氨酸羟化酶结构性质和功能的研究[D]. 韩宏岩.苏州大学 2012
硕士论文
[1]家蚕鸟苷三磷酸环化水解酶（BmGTPCH）基因在黑色素代谢过程中的功能研究[D]. 王计英.西南大学 2012
[2]黄粉虫酪氨酸羟化酶基因克隆、功能分析及原核表达研究[D]. 王大永.苏州大学 2010
本文编号：3587517
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