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家牦牛低氧诱导因子-1α (HIF-1α)基因的表达特征及其低氧适应意义; Characteristic of Hypoxia Inducible Factor-1α Gene Expression and Its Significance of Hypoxic Adaptation in Domestic Yak
Wang DP(王德朋)
2007-06-09
摘要青藏高原又被称为“地球的第三极”,高海拔、缺氧、严寒和强辐射是它的主要特征。低氧是阻止动物生存的最重要的生态因子,在长期的进化过程中,高原土著动物形成了一套它们独特的机制来适应高原的缺氧环境。牦牛是青藏高原上大型草食动物,在青藏高原的进化历史至少可追朔到二百万年前。牦牛经过长期的自然选择,在生理、生化和形态学上已获得了稳定的适应高原低氧的遗传学特征,如没有肺动脉高压和右心肥厚,心肺发育良好,心肺指数高等,但它对低氧适应的分子机制目前还不清楚。HIF-1是一个转录激活因子,主要调控组织和器官的氧的动态平衡,它是一个由两个亚单位(HIF-1α和HIF-1β)组成的异二聚体。HIF-1的调控活性主要涉及α亚单位,发生在多个水平,比如蛋白的稳定、翻译后的修饰、核内定位、二聚化、转录激活以及与其他蛋白的相互作用。 本研究选择青海家养牦牛作为研究对象,通过RT-PCR得到了两个不同的HIF-1α完整开放阅读框。进一步分析发现,两个不同的HIF-1α完整开放阅读框翻译的氨基酸序列有高度的保守性。发现和鉴定了一个新的选择性剪切的mRNA转录的HIF-1α异构体,它在5’端多出了并不在bHLH区的123个核苷酸,编码41个氨基酸,它可能在牦牛的低氧适应方面有着积极的作用。使用Northern Blot和Real Time RT-PCR,检测了HIF-1α mRNA在牦牛八种组织(心、肝、脾、肺、肾、脑、肌肉、睾丸)中的表达;使用Western Blot检测了HIF-1α蛋白在牦牛这八种组织中的表达。结果表明,牦牛HIF-1α mRNA和牦牛HIF-1α蛋白均为组织特异性表达,但二者的表达量在同一个组织中并不是完全一致的。牦牛HIF-1α mRNA主要在睾丸和脾中高表达,而牦牛HIF-1α蛋白的高表达主要在脑、肺、肾和脾中。牦牛HIF-1α mRNA与HIF-1α蛋白组织特异性表达的不一致,提示我们HIF-1α可能是某些基因的靶基因,有其他因素而不只是低氧维持了HIF-1α mRNA稳定状态水平的增加。 HIF-1α蛋白在牦牛肾中的高表达,可能参与调控EPO的释放,以刺激骨髓产生更多的红细胞,更多的红细胞数量和更高的血红蛋白浓度是大多数高海拔动物的血液学的主要特征,这增强了血液运输氧的能力。EPO也被认为是一个多功能的生长因子在神经系统中起着明显的作用,脑源性EPO具有神经营养作用,是抵抗缺氧缺血性脑损伤的一个重要的内源性保护因子。EPO在脑的神经胶质细胞、神经元和内皮细胞中广泛表达,低氧已经被认为是促进EPO在脑中表达的主要的推动力量,而EPO又是HIF-1α下游调控的靶基因之一,HIF-1α蛋白在牦牛脑中的高表达可能正是起了这样的作用。生活在低海拔地区的动物来到高海拔地区之后,通常会出现肺动脉高压,并伴随着肺动脉的肌肉变的强壮。肺动脉高压的变化程度与在高海拔地区待的时间长短和低氧刺激的程度有关系。高海拔地区的牦牛与同种的牛相比已经成功的适应了低氧,因为当牛暴露在慢性低氧环境时,肺血管强烈收缩,动脉血管肌肉化,形成了严重的肺动脉高压。牦牛的小动脉血管厚度平均,没有平滑肌,与牛相比,牦牛的肺动脉内皮细胞更长、更宽、更圆,牦牛通过维持对低氧不敏感的肺动脉收缩和管壁较薄的肺血管,来成功适应高海拔。内源性NO是通过NO合成酶将保守的L-精氨酸酶解成L-瓜氨酸时产生的,NO通过抑制平滑肌的增殖、分化、发炎和大量蛋白的产生来维持系统和肺血管的舒张。因此肺部产生的NO增多能够改变血管的结构和阻止血管重建来抑制肺动脉高压的形成。因此我们推测HIF-1α蛋白在牦牛肺中的高表达能够增高NOS的表达以产生更多的NO,来阻止牦牛肺动脉高压的形成。 我们的研究表明HIF-1α在牦牛的低氧适应中起着非常关键的作用,但许多细节问题仍未了解清楚,需要以后的实验来进一步发现和证实。
文献类型学位论文
条目标识符http://210.75.249.4/handle/363003/26315
专题中国科学院西北高原生物研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
王德朋. 家牦牛低氧诱导因子-1α (HIF-1α)基因的表达特征及其低氧适应意义, Characteristic of Hypoxia Inducible Factor-1α Gene Expression and Its Significance of Hypoxic Adaptation in Domestic Yak[D],2007.
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