秀丽隐杆线虫衰老过程中子宫肿瘤形成的生物学研究

发布时间：2020-07-07 01:45

【摘要】：衰老是一种涉及到多种生理病变逐渐恶化的自然过程。衰老的核心机制(病因)也是某些病理特征出现的诱因,但是病理特征的发生过程及其病发机制尚未明确。与人类相似的是,秀丽隐杆线虫在衰老过程中其身体内部出现了一系列的增龄性病理特征,因此以线虫作为模式生物探究衰老病理特征的发生与发展将有利于解读高等动物衰老发生的本质原因。根据Williams和Blagosklonny提出的衰老理论可知,衰老并非是分子损伤导致身体机能日渐衰退的直接结果。许多生命早期生长发育所必须的基因在生殖期结束后不能自动停止表达,而其持续表达所产生的功能过剩对机体造成负担,并促进一系列病理特征的形成,最终导致衰老的发生。基于上述理论,本文全面而系统地研究了子宫肿瘤的形成过程与病发机制,并深入探讨了肿瘤生长与寿命长短的相互关系。采用差微分显微镜对线虫解剖学结构进行详细观察并完成了对子宫肿瘤形成过程的描述,结果显示生殖期结束之后(d4)未受精卵母细胞堆积于子宫内部并形成肿瘤类似物,而肿瘤体积则随着时间的推移逐渐增大直至占满虫体的中间部位。通过体外杂交获得带有HIS-58::GFP(核染色质)和mCherry::PH(细胞膜)双荧光标记线虫用于肿瘤内部结构特征观察,并借助单层光显微成像技术成功构建子宫肿瘤的三维立体结构,实现了单细胞核的全角度观察。研究发现子宫肿瘤核内染色质发生增龄性过度增长,而其增长趋势与细胞核DNA含量(DAPI染色)以及虫体基因拷贝数(实时荧光定量PCR)的变化趋势相一致,说明有丝分裂的核内复制是导致细胞核肥大的主要原因。相关性检验结果显示,肿瘤大小既由子宫内卵母细胞数量决定,也由卵母细胞肥大程度决定。秀丽隐杆线虫子宫肿瘤与人类畸胎瘤在病因学上具有相似性:二者均是胚胎发生程序在未受精卵母细胞中过度运行的结果,与基因突变无关。值得注意的是,早期胚胎发育相关基因(unc-119,elt-1,elt-2,pha-4,hlh-1)可全部表达于晚期阶段的子宫肿瘤内部,再次验证了线虫子宫肿瘤的畸胎瘤特性。利用类程序理论的研究框架,结合子宫肿瘤的形成模式对其形成机制进行深入探究。首先,通过比较发现fog-2雌性单体线虫的肿瘤形成时间明显早于N2雌雄同体线虫,此外与雄性单体线虫进行体外交配可以显著推迟上述两种不同性别线虫子宫肿瘤的形成时间。该实验结果说明子宫肿瘤的形成起点取决于精子耗尽的时间。其次,通过RNA干扰抑制早期胚胎发育相关基因的表达,结果显示绝大多数(10/13)基因的持续表达均是子宫肿瘤生长的促进因子。此外,类程序性的蛋黄摄取是促进子宫肿瘤生长的另一个主要因素。通过不涉及任何遗传或环境干预的方式分析子宫肿瘤生长状态与线虫寿命期限之间的相互关系,结果显示二者具有明显的负相关性。与之一致的是,通过对蛋白合成相关基因(rps-1,egl-45,iff-1,phi-2)和DNA复制相关基因(mcm-4,pri-1)进行RNA干扰抑制肿瘤生长可直接导致线虫寿命的延长。此外,从成虫期第2日开始在喂食线虫的培养基中添加肿瘤抑制剂(50μM FUdR)导致线虫的平均寿命提高了8.56%,而病理特征检测结果显示此时开始对线虫进行药物处理可在不影响其它体貌特征的前提下显著抑制子宫肿瘤的生长。总而言之,野生型线虫发育期结束之后胚胎发生程序和卵黄蛋白合成程序转换为类程序并导致子宫肿瘤的形成,而精子耗尽的时间则是程序与类程序的转折点。也就是说子宫肿瘤是线虫野生型基因在生殖期结束之后的正常表达所诱导的病理特征,与基因突变或分子损伤无关。鉴于秀丽隐杆线虫子宫肿瘤具备胚胎瘤的诸多相似特征,将会是人类卵巢畸胎瘤研究的潜在模型。子宫肿瘤不仅是因衰老而出现的典型病理特征,还能够直接影响线虫寿命的长短,这将为这将为衰老生物学研究提供新的研究策略。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R737.33;R-332

【参考文献】