空间辐射与微重力的协同生物学效应研究

发布时间：2017-03-23 21:05

  本文关键词：空间辐射与微重力的协同生物学效应研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：空间辐射和微重力作为空间特有的环境诱发人体损伤机制一直是该领域的前沿问题。关于两个空间环境是否有协同效应一直没有定论。为从生物个体层面上解析空间辐射和微重力间的协同生物学效应关系及其参与的功能基因和miRNA,本研究利用“神舟八号”飞船中设定的固定培养装置(含微重力和空间辐射的综合环境)、1g离心培养装置(抵抗微重力的空间辐射环境)及地面对照装置,对野生型、dys-1突变株(微重力感受缺陷型)和ced-1突变株(辐射损伤修复缺陷型)dauer期线虫进行了16.5天空间飞行和地面对照样品的处理,飞行后对每个处理组收集约2000只线虫进行mRNA和miRNA表达芯片处理,并对功能基因组特征、生物学过程和信号通路进行了分析。结果发现空间综合环境比空间辐射环境,诱导了近两倍多的功能基因组表达变化,主要涉及蛋白质磷酸化/去磷酸化、组氨酸代谢及DNA修复和信号转导通路的基因变化；空间辐射环境诱导了物质代谢和生长发育过程相关功能基因表达变化。这些变化在重力感知缺dys-1突变体中明显减弱,但增加了参与脂类、氨基酸及糖类代谢过程的基因变化。说明在16.5天空间飞行中,微重力是一个主要空间逆境诱因,其诱导的生物学效应需要生物个体的重力感受机制参与。通过比对野生型线虫,发现辐射敏感性相关的ced-1突变体对两种空间环境的处理都影响了蛋白质磷酸化/去磷酸化过程相关功能基因的变化,而空间综合环境还诱导了胞外基质构建过程和DNA修复通路变化,空间辐射环境诱导了AKT相关信号通路变化,提示ced-1基因突变增强了线虫对辐射损伤响应的敏感性。解析DNA损伤响应(DDR)过程转录组发现,微重力可能通过对DNA损伤信号感受/执行和传导功能基因的刺激,启动了DDR过程中更多的损伤和修复相关基因的变化。ced-1基因的突变使得线虫在空间综合环境中启动了更多的DDR该过程中DNA修复和细胞凋亡执行基因的变化,而且miR-124,-80家族等miRNA也可能参与了调控。本研究从个体水平上解析了内因和外因相互作用对空间环境调控的分子机制,为空间环境对人类的健康风险评估和空间环境防护提供理论依据。
【关键词】：微重力 空间辐射 协同生物效应 转录调控 DNA损伤响应
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V524;R14
【目录】：

• 创新点摘要5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-41
• 1.1 空间环境特点12-14
• 1.1.1 空间辐射环境12-13
• 1.1.2 空间微重力环境13-14
• 1.2 辐射与微重力生物学效应14-16
• 1.2.1 辐射生物学效应14-15
• 1.2.2 微重力生物学效应15-16
• 1.3 空间辐射与微重力协同生物学效应研究进展16-22
• 1.3.1 协同生物学效应研究方法16-17
• 1.3.2 协同生物学效应研究进展17-22
• 1.4 秀丽隐杆线虫的生物学效应研究进展及生物学特点22-31
• 1.4.1 线虫的空间生物学研究进展22-24
• 1.4.2 线虫的生物学背景及特点24-25
• 1.4.3 Dauer期线虫的特点25-28
• 1.4.4 线虫DNA损伤响应机制28-31
• 1.5 关于分析空间辐射与微重力协同效应的样品设计31-34
• 1.5.1 抗肌萎缩蛋白相关蛋白突变株线虫31-33
• 1.5.2 细胞凋亡吞噬受体突变株线虫33-34
• 1.6 microRNA在空间生物学效应中的应用34-36
• 1.7 课题意义及研究内容36-41
• 1.7.1 课题意义36-37
• 1.7.2 研究内容37-39
• 1.7.3 技术流程39-41
• 第2章 材料与方法41-55
• 2.1 空间飞行前预处理41-43
• 2.1.1 实验材料与设备41-42
• 2.1.2 E.coil OP50的培养与扩繁42
• 2.1.3 线虫的培养与扩繁42-43
• 2.1.4 线虫同步化处理43
• 2.1.5 Dauer期线虫获得43
• 2.2 空间飞行实验43-47
• 2.2.1 实验材料与设备43-45
• 2.2.2 组别设计45-46
• 2.2.3 空间实验流程46-47
• 2.3 芯片检测47-48
• 2.4 qRT-PCR实验48-53
• 2.4.1 实验材料与设备48
• 2.4.2 基因表达芯片结果qRT-PCR实验验证48-52
• 2.4.3 miRNA表达芯片结果qRT-PCR实验验证52-53
• 2.5 数据处理53-55
• 第3章 实验质量控制55-65
• 3.1 实验环境55-56
• 3.2 硬件及样品回收状态56-58
• 3.3 分子实验结果及质控58-65
• 3.3.1 总RNA提取质控58-59
• 3.3.2 基因和miRNA引物设计59-61
• 3.3.3 qRT-PCR质量控制61-63
• 3.3.4 qRT-PCR结果63-65
• 第4章 空间辐射与微重力的协同效应分析65-79
• 4.1 空间环境诱导的线虫基因表达特征及功能调控65-72
• 4.1.1 空间环境诱导的基因表达谱分布特征65-66
• 4.1.2 空间环境诱导功能通路调控66-72
• 4.2 空间环境诱导的线虫miRNA表达谱特征及功能调控72-77
• 4.2.1 空间环境诱导的miRNA表达谱分布特征及功能分析73-74
• 4.2.2 空间环境诱导的差异表达miRNA-靶基因联合分析74-77
• 4.3 小结77-79
• 第5章 解析重力感知信号在空间辐射和微重力协同效应中的作用79-92
• 5.1 dys-1突变株线虫转录表达谱特征79-81
• 5.2 空间环境对dys-1突变株转录表达的影响81-87
• 5.2.1 空间环境诱导dys-1突变株基因表达分布特征82-83
• 5.2.2 空间环境诱导dys-1突变株中功能通路调控83-87
• 5.3 空间环境诱导dys-1突变株miRNA表达谱特征87-90
• 5.3.1 空间环境诱导的miRNA表达谱分布特征及功能分析87-89
• 5.3.2 空间环境诱导的差异表达miRNA-靶基因联合分析89-90
• 5.4 小结90-92
• 第6章 解析细胞凋亡突变线虫的空间辐射与微重力协同生物学效应特征92-117
• 6.1 ced-1缺陷型线虫转录表达谱特征92-98
• 6.1.1 ced-1突变株全基因表达谱特征92-96
• 6.1.2 ced-1突变株中细胞凋亡信号通路表达变化96-98
• 6.2 空间环境对ced-1突变株转录表达谱的影响98-106
• 6.2.1 空间环境诱导ced-1突变株基因表达分布特征99-100
• 6.2.2 空间环境诱导ced-1突变株中功能通路调控100-106
• 6.3 空间环境诱导ced-1突变株miRNA表达谱特征106-115
• 6.3.1 空间环境诱导的miRNA表达谱分布特征及功能分析106-109
• 6.3.2 空间环境诱导的差异表达miRNA-靶基因联合分析109-115
• 6.4 小结115-117
• 第7章 空间辐射与微重力诱导线虫DDR过程的转录调控特征117-148
• 7.1 空间环境诱导野生型线虫DDR转录调控特征117-123
• 7.1.1 空间环境在基因表达水平上对DDR过程的调控117-121
• 7.1.2 空间环境在miRNA水平上对DDR过程的调控121-123
• 7.2 重力感知因子DYS-1对空间逆境诱导DDR过程的转录调控123-132
• 7.2.1 空间环境诱导的dys-1突变株DDR过程转录调控特征123-126
• 7.2.2 dys-1基因在不同条件下调控的DDR相关基因126-132
• 7.3 细胞凋亡基因ced-1对空间逆境诱导的DDR信号网络的调控132-146
• 7.3.1 空间环境诱导的ced-1突变株DDR通路转录变化特征132-141
• 7.3.2 ced-1基因在不同空间条件下调控的DDR相关基因141-146
• 7.4 小结146-148
• 结论148-151
• 参考文献151-173
• 附表一 参与DNA修复通路基因173-174
• 附表二 线虫miRNA同源性及功能分析174-176
• 附表三 差异表达信号通路在KEGG通路中的分类176-177
• 附表四 参与G蛋白偶联受体信号通路的差异表达基因177-178
• 附表五 ced-1突变株差异表达miRNA-靶基因关联分析178-180
• 附表六 不同空间环境下akt-1,-2基因表达量180-181
• 附表七 不同空间环境下ced-1突变株中差异表达的miRNA181-183
• 附录八 英文缩略词183-185
• 攻读学位期间公开发表论文185-186
• 致谢186-187
• 作者简介187

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