草鱼GRP78抵抗由重金属离子诱发的ER应激及IKKβ影响UPR通路的分子机制

发布时间：2020-04-22 10:43

【摘要】：当发生氧化应激,细菌感染和病毒入侵等引起的内质网腔中未折叠或错误折叠的蛋白质的积累时,会激活未折叠蛋白反应(UPR),它作为调节系统,帮助细胞内质网恢复稳态。作为热休克蛋白70(Heat shock protein 70,HSP70)家族的重要成员,葡萄糖调节蛋白78kDa(glucose-regulated protein 78,GRP78)可以在热应激下显著提高细胞存活率。最近的研究表明,GRP78的表达可以增加重金属胁迫下的细胞活性。重金属离子是可以在生物体中积累的重要环境污染物之一,一旦超过阈值就会产生毒性或致癌作用。本研究以Pb~(2+)、Hg~(2+)、Cd~(2+)三种最具代表性的重金属离子刺激CIK(Ctenopharyngodon idellus kindey)细胞。结果表明,Pb~(2+),Hg~(2+)和Cd~(2+)胁迫下细胞活力显着下降。随着重金属离子刺激时间增加或浓度增大,观察到细胞死亡率明显升高。其中,Hg~(2+)对细胞的毒害作用最大。在相同的胁迫条件下,Hg~(2+)导致50%的细胞死亡,Cd~(2+)和Pb~(2+)分别导致45%和35%的细胞死亡。免疫印迹(Western bloting)结果显示,在Pb~(2+),Hg~(2+)和Cd~(2+)胁迫下,CIK细胞Ci GRP78蛋白表达水平明显增强,这意味着CiGRP78参与了重金属细胞毒作用。为了进一步研究Ci GRP78在细胞保护中的作用,我们设计了针对CiGRP78的siRNA并将其转染到CIK细胞中以沉默内源性CiGRP78。在HgCl_2孵育12小时时,敲降后的细胞活率从50%显著降低至21%。我们的研究结果表明,CiGRP78(Ctenopharyngodon idellus glucose-regulated protein 78)在一定程度上保护细胞免受重金属毒害。重金属刺激会影响基本的细胞生理活动,并导致严重的毒理学影响。Pb~(2+)可通过蛋白质变性,改变细胞内钙稳态和诱导细胞死亡,来激活内质网(endoplasmic reticulum,ER)应激反应。作为内质网驻留蛋白,葡萄糖调节蛋白78-kDa可以减轻Pb~(2+)诱导的ER应激并增强细胞活力。在本研究中,我们对CiGRP78如何发挥其保护功能的机制做了研究。利用金属离子亲和柱洗脱法和荧光光谱分析,我们发现CiGRP78可分别与钙离子,铅离子和镉离子形成复合物,特别是与体外铅离子形成复合物。然而,另一种内质网驻留蛋白Ci GRP94(Ctenopharyngodon idellus GRP94)却不能与Pb~(2+)结合,表明CiGRP78和CiGRP94在调节重金属细胞毒性中可能存在的功能分化。我们的研究结果表明,CiGRP78可能通过与Pb~(2+)的直接相互作用增加细胞对Pb~(2+)的耐受性。重金属离子引起ER应激,并激活未折叠蛋白(unfolded protein response,UPR)反应。在哺乳动物中,未折叠蛋白反应信号通路也涉及免疫应答,包括对经典的核转录因子κB(Nuclear Factor-κB,NF-κB)信号通路的影响。最近的研究表明,Inhibitor of NF-κB kinaseβ(IKKβ)作为NF-κB通路中的关键激酶,参与UPR相关的炎症反应,并在ER应激诱导的细胞死亡中起重要作用。然而,关于它们之间存在信号交叉的分子机制还有待阐明。在我们过去的研究中,证明了IKKβ在哺乳动物和鱼类之间具有功能保守性,它也可以激活NF-κB信号通路。在本研究中,我们发现在内质网应激状态下,核中的Ctenopharyngodon idellus IKKβ(Ci IKKβ)水平升高,并且CiIKKβ可与草鱼UPR信号通路中的关键因子CiXBP1S相互作用。CIK细胞的荧光组织化学表明Ci IKKβ和Ci XBP1S在内质网应激状态下存在共定位。此外,CIK细胞中Ci IKKβ的过表达通过调节UPR信号传导增强了对内质网应激的耐受性,并导致细胞活力的显着增加。这些研究结果为免疫应答和内质网应激之间的分子相互作用提供了新的见解。
【图文】：

未折叠蛋白

未折叠蛋白反应[1]

信号通路

PERK 信号通路是细胞在感受到内质网应激压力时最初的保护机制，，它的激活对于细胞生存来说非常重要。但同时它也能诱导细胞凋亡因子DDIT3 的表达，在持续内质网压力应激状态下，它是细胞从促存活状态向促凋图 1.3 PERK 信号通路Figure 1.2 PERK signal pathway
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X171.5

【相似文献】