冬眠蝙蝠脑蛋白质组学及抗氧化防御的研究

发布时间：2018-01-03 14:42

  本文关键词：冬眠蝙蝠脑蛋白质组学及抗氧化防御的研究　出处：《华东师范大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：蝙蝠隶属于翼手目,物种繁多,是唯一能够飞翔的一类哺乳动物。根据传统分类学的方法,将蝙蝠分为大蝙蝠亚目和小蝙蝠亚目。其中,大蝙蝠亚目中的蝙蝠主要以花蜜和水果等为食,它们不具有深入冬眠的能力；而小蝙蝠亚目中的蝙蝠主要以昆虫为食,大部分小蝙蝠具有深入冬眠的能力。随着新兴的分子系统学的发展,又将蝙蝠分为了Yinpterochiroptera和Yangochiroptera亚目,具有冬眠能力的蝙蝠在这两个亚目中均有分布。冬眠是一种生存策略,在冬季严寒来临时,动物选择进入一种体温下降、代谢率下降、血流减缓等的状态来应对恶劣的自然环境。冬眠期间,动物的各项生理指标发生了频繁的波动,例如,体温、心率、血流等。而对这些波动的耐受正是其他非冬眠动物所不能比拟的,因此冬眠动物也成为了学者们研究的热点,例如,冬眠过程中的缺血再灌注过程、体温和心率的迅速恢复过程等等。但在蝙蝠冬眠的研究领域中,仍然有许多尚未解决的问题值得我们进一步研究。本论文由三部分组成,首先,由于脑在冬眠过程中发挥了重要的调控作用,但蝙蝠脑部在冬眠中到底发生了怎样的适应性变化却知之甚少。因此我们通过蛋白质组学技术,对马铁菊头蝠进行研究,通过比较冬眠蛰伏期和活跃期的蝙蝠脑组织中蛋白质的变化,从而更全面的了解蝙蝠在冬眠过程中的脑部变化和其潜在的保护机制。经过我们的实验和分析,鉴定出36%(36个)以上有显著表达差异的蛋白质,均参与到突触膜泡的动态变化过程及细胞骨架完整性的维持,这表明神经细胞等结构的完整性是神经活动的基础。除此之外,其他差异表达的蛋白质与神经细胞中线粒体(13个)的功能和能量代谢(24个)有密切的关系。这部分蛋白质的变化从某种程度上说明了冬眠动物在能量供给有限的情况下,脑部神经活动维持的适应性。最后,我们还鉴定到许多与细胞稳态维持相关的蛋白质,例如,转录和翻译(6个)、蛋白质稳态(10个)、以及氧化还原稳态(9个)。更进一步说明冬眠期蝙蝠脑部的适应性调节过程,包含必不可少的三个方面,结构的完整、能量代谢的调节、及细胞稳态的维持。除此之外,GNAO1(G蛋白α亚基01类型)可能保证了冬眠期间脑部的神经活动。基于上述蛋白质组的研究结果,我们发现抗氧化调控的方便呈现除了不一致性,又由于蝙蝠在冬眠过程经历了剧烈的生理特征变化,而这些变化是其余非冬眠蝙蝠所不能承受的,那么蝙蝠是如何应对脑部耗氧量的剧烈变化所带来的氧化应激压力,并保护自身免遭损伤的呢?目前,关于冬眠蝙蝠抗氧化系统而全面的研究仍不足,另外,冬眠过程中蝙蝠脑部是否存在氧自由基的累积也仍然是个谜,因此本论文的第二部分,首先通对冬眠蝙蝠和外群,脑部的氧自由基水平进行测定,并对抗氧化物酶和小分子抗氧化剂在冬眠中各个时期的表达量进行了测定。结果表明,在我们研究的两种冬眠蝙蝠脑中,脑部的氧自由基均在苏醒期得到了清除。并且,两种冬眠蝙蝠(大足鼠耳蝠和马铁菊头蝠)采取了不同的抗氧化策略来清除氧自由基,大足鼠耳蝠在苏醒后上调多个抗氧化物酶的表达量；相反,马铁菊头蝠的多个抗氧化酶在各个时期均保持较高的表达水平,而通过快速的调用小分子抗氧化剂(GSH)来实现氧化应激压力的缓解。基于以上的研究结果,我们进一步利用Ingenuity pathway analysis分析平台,对冬眠过程中可能发挥调控功能的转录因子进行了有效的预测并进行实验的验证,发现转录因子Nrf2和FOXOs,在抗氧化调控过程中发挥了极其重要的作用。本研究首先解答了冬眠期是否存在氧自由基积累的问题,再对两个亚目的冬眠蝙蝠进行了抗氧化研究,从而为全面的了解氧自由基与抗氧化、及衰老提供新视角。结合本论文第二部分对蝙蝠抗氧化的全面研究,本文第三部分结合了蝙蝠的食性特征,进一步探讨抗氧化与食性的关系。由于食果蝙蝠摄入大量水果花蜜,其中含有丰富的小分子抗氧化剂；因此很可能对抗氧化酶的需求有所下降。抗氧化酶受到转录因子Nrf2的调控,因此我们猜测Nrf2基因在果蝠中经历了松弛选择。本研究利用分子克隆技术从11个蝙蝠物种中扩增获得Nrf2基因的编码区域,并结合其余物种的Nrf2基因序列进行分子进化分析,最后利用生物化学实验对结果进行佐证。本研究发现,在旧大陆果蝠中,Mrf2基因很可能经历了松弛选择,但我们不能排除正选择的可能性。除此之外,在旧大陆果蝠中发现有七个区别于其他物种的氨基酸替代,而Nrf2进化历程中所积累的这些氨基酸突变可能会对旧大陆果蝠中Nrf2的功能造成影响。我们进一步发现食果蝙蝠(旧大陆果蝠)中,Nrf2的表达量显著的高于食虫蝙蝠,但CAT的表达量却十分低。因此我们认为Nrf2进化历程中所积累的氨基酸突变可能造成Nrf2转录活性的减弱。本研究提供了食性是如何影响哺乳动物抗氧化的相关证据。综上所述,本研究对蝙蝠脑组织在冬眠期和活跃期的蛋白质表达谱进行了比较和研究,从突触膜泡运动与细胞骨架、能量代谢、以及细胞稳态维持三个方面进行了总结和阐述。其次,对冬眠期蝙蝠脑部进行了全面的抗氧化研究,发现了物种特异性的抗氧化策略。并结合蝙蝠食性的特殊性,从分子进化的角度阐述了蝙蝠食性与抗氧化策略选择的进化历程。以上的研究结果不仅为我们了解蝙蝠冬眠提供了丰富的视角,也为许多脑疾病的研究提供了医学借鉴意义。
[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 .

【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q51
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本文编号：1374357