鸡超长链脂肪酸延伸酶（ELOVL）家族的生物学特性和表达调控研究

发布时间：2020-05-02 21:14

【摘要】：超长链脂肪酸延伸酶(ELOVL)家族是催化包括长链多不饱和脂肪酸(LCPUFA)在内的脂肪酸链延伸反应中的限速步骤。虽然在哺乳动物中该基因家族,特别是其中的个别成员,如ELOVL2、ELOVL5和ELOVL6等的功能和调控机制已经进行了深入的研究。然而,在家禽中ELOVL基因家族的研究鲜有报道。为了研究鸡ELOVL基因家族的生物学特性和表达调控机制,本研究以卢氏绿壳蛋鸡为试验材料,首先,利用生物信息学分析手段,对鸡ELOVL基因家族成员的起源进化和蛋白结构域进行了系统分析;其次,利用PCR和qPCR技术研究了ELOVL基因家族在蛋鸡各组织中的时空表达规律;然后,利用雌激素处理的青年蛋鸡和鸡胚肝脏原代细胞模型,研究了ELOVL基因家族的表达调控机制;最后,利用双荧光素酶报告系统和基因过表达、干扰等技术,分析了肝脏中miRNA对这一家族成员ELOVL5的表达调控机制。主要实验结果如下:1.鸡ELOVL基因家族的起源进化和蛋白质结构特性鸡ELOVL基因家族有7个成员,都具有超长链脂肪酸延伸酶典型的ELO结构域和该家族的代表基序(HXXHH),该基序可能是其活性中心。其中ELOVL3和ELOVL6有6个跨膜区域,其他成员均有有7个跨膜区域。ELOVL基因家族的起源进化分析表明,ELOVL基因家族聚类到2大分支中,其中,ELOVL3和ELOVL6的起源进化关系较近,属于旁系同源基因,推测其功能相似。而在另一大分支中,ELOVL2和ELOVL5、ELOVL1和ELOVL7基因的起源进化关系较近,也分别为旁系同源基因,推测它们分别具有相似的功能。ELOVL4与ELOVL2和ELOVL5基因起源进化关系较近,独立起源于一古老基因,或与ELOVL2和ELOVL5旁系同源。进一步的基因组共线性分析表明,ELOVL基因家族中的ELOVL3基因在鸟类中的起源进化高度保守,其他成员在高等脊椎动物中的起源进化高度保守,在鱼类等低等脊椎动物中的保守性较差,说明ELOVL基因家族成员可能分别起源于不同的古老基因。2.ELOVL基因家族在蛋鸡各组织中的时空表达规律鸡ELOVL基因家族中ELOVL1、ELOVL5、ELOVL6和ELOVL7在所有组织中广泛表达,没有组织特异性,这与机体内饱和脂肪酸的广泛存在有关;ELOVL2基因在肝脏中显著富集;ELOVL3基因在肺脏中高水平表达;ELOVL4在10周龄的肝脏、腺胃和腹脂中不表达,在30周龄的肝脏、心脏和胸肌中表达不明显。鸡ELOVL基因家族在不同发育时期肝脏、肾脏和腹部脂肪组织中的表达分析发现,在肝脏组织中,ELOVL1基因在生长早期(5周龄)的表达水平显著高于其他发育阶段(p0.05),其可能与蛋鸡早期的生长发育有关;ELOVL2、ELOVL5和ELOVL6基因在产蛋高峰期(30周龄)和35周龄时的表达水平显著高于其他发育时期(p0.05),这可能是由于产蛋期脂肪代谢旺盛,机体对脂肪酸的需求升高。ELOVL7基因在不同发育时期的肝脏组织、肾脏组织和腹部脂肪组织的表达水平仅在35周龄时显著升高(p0.05),而其他成员在肾脏和腹部脂肪中的表达水平均无显著性变化。3.ELOVL基因家族的表达调控机制雌激素处理使得肝脏组织和鸡胚肝脏原代细胞中的ELOVL1基因的表达水平显著下调(p0.05),而ELOVL2、ELOVL4、ELOVL6和ELOVL7基因的表达水平显著或极显著上调(p0.05或p0.01),但是对ELOVL3和ELOVL5基因的表达无显著影响,说明雌激素能够调控ELOVL基因家族中的ELOVL1、ELOVL2、ELOVL4、ELOVL6和ELOVL7基因的表达。4.miRNAs对ELOVL5基因的表达调控用生物信息学分析方法预测与ELOVL5基因互作的miRNAs,并与课题组前期20周龄/30周龄肝脏组织miRNA转录组数据库进行整合分析,鉴定出作用于ELOVL5基因的潜在靶向miRNA-218-5p。利用双荧光报告系统验证了ELOVL5基因与miRNA-218-5p的靶向关系,证明在正常生理状态下,ELOVL5基因的表达受到miRNA-218-5p转录后水平的调控。综上所述,鸡ELOVL基因家族具有相同的功能结构域,都能够催化脂肪酸的延伸反应,且各成员在进化过程中高度保守;ELOVL基因家族各成员在各组织中的表达模式不尽相同,说明各成员各自发挥重要的作用;在鸡肝脏中,ELOVL1、ELOVL2、ELOVL4、ELOVL6和ELOVL7基因的表达受到雌激素的调节,而ELOVL5基因的表达受到miR-218-5p转录后水平的调控。
【图文】：

脱水和还原）的循环而发生（图1-1），，每个循环添加 2 个碳[19]。 在第一步的缩合反应中，酰基辅酶 A（acyl-CoA）和丙二酰辅酶 A（malonyl-CoA）被 ELOVL 家族之一的 FA 延伸酶缩合为 3-酮脂酰辅酶 A（3-ketoacyl-CoA）[19]。 第二步是 NADPH 依赖性还原反应，由 3-酮脂酰辅酶 A 还原酶 KAR催化产生 3-羟基酰基辅酶 A（3-hydroxyacyl-CoA）[20]。第三步是脱水反应，有 3-羟酰辅酶A 脱水酶 HACD1-4 的其中之一催化完成[21]。由脱水反应所得到的 2,3-反式-烯酰 CoA（2,3-trans-enoyl CoA）最终通过反式-烯酰 CoA 还原酶 TER 还原为酰基 CoA，此反应也是NADPH 依赖性的[19,20]。ELOVL 延伸酶家族是脂肪酸延伸合成的限速酶[22]，在调节脂质生

图 3-1 鸡 ELOVL 基因家族蛋白结构域分析Fig. 3-1 Analysis of protein domain of chicken ELOVL gene family表 3-3 鸡 ELOVL 基因家族蛋白跨膜区域的位置Tab. 3-3 Position of protein transmembrane region of chicken ELOVL gene family蛋白蛋白跨膜区域的位置1 2 3 4 5 6 7ELOVL1 5-27 40-62 84-106 113-132 142-134 177-196 206-228ELOVL2 29-51 68-90 116-135 142-164 179-201 208-225 235-254ELOVL3 21-38 48-70 125-142 152-171 184-206 216-238ELOVL4 40-62 75-94 125-147 154-173 183-205 217-239 249-266ELOVL5 28-50 63-85 110-132 139-161 176-198 205-227 231-253ELOVL6 34-51 66-88 137-156 161-183 195-217 232-254ELOVL7 27-49 70-92 114-136 143-162 172-194 206-228 238-260
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S831

【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 郎大田;张亚平;于黎;;核糖核酸酶基因超家族分子进化[J];遗传;2014年04期

2 李颖;覃君慧;梁媛;马小娟;信波;师建国;王瑞安;;雌激素调节人乳腺癌细胞CD147表达的研究[J];现代肿瘤医学;2012年03期

3 邵伟;傅强;杜超;;ω-3多不饱和脂肪酸对严重腹腔感染病人细胞免疫功能的影响[J];肠外与肠内营养;2011年01期

本文编号：2647488