线粒体基因组和高原习服适应相关性的初步的研究.pdf

第三军医大学博士学位论文线粒体基因组与高原习服适应相关性的初步研究} 摘要高原环境影响机体的主要因素是缺氧,机体对高原环境的习服适应也主要是围绕着氧的摄取。运输一利用这条轴线来进行的。线粒体是机体能量代谢的中心,是组织、细胞氧利用的关键场所,机体耗能的90%以上来自于线粒体的氧化磷酸化作用。因此, 线粒体作为细胞的“动力工厂”,在低氧引起细胞损伤和组织、细胞对低氧环境的习服过程中的作用都是至关重要的。以往的研究发现急性缺氧可以抑制线粒体 DNA(面tochondrialDNA,mtDNA)的转录和翻译,损害线粒体的功能,而慢性缺氧时线粒体的功能得到一定程度的恢复,这种线粒体的功能改变是机体低氧习服适应的一个重要机制,线粒体的功能改变受到线粒体基因的表达变化、线粒体基因组序列和数目变化的影响。高原世居藏族是目前公认的对高原低氧环境适应最好的民族,有关高原世居藏族低氧适应的机制目前还不清楚。高原世居藏族已建立了完善的母体——胎盘——胎儿系统及适应低氧的胎盘机制,因而采用基因芯片技术对高原世居藏族胎盘组织线粒体功能相关基因的表达谱变化进行深入研究,有助于我们探讨线粒体基因组在高原适应中的机制。线粒体功能相关基因表达谱发生了变化可能是由于线粒体基因组变化所致。高原鼠兔(Dc幻幻,l口c“rzD咒切P)是目前研究高原习服适应的理想动物模型之一,高原鼠兔在长期的低氧和寒冷环境中可能通过提高线粒体基因组的进化速度和改变OXPHOs的效率获得高原适应,对于高原鼠兔的mtDNA的全长序列缺少报道,对高原鼠兔线粒体基因组与高原适应机制尚无研究。。线粒体是半自主细胞器,其功能由线粒体基因组和核基因组共同决定。与核 DNA(nuclear DNA,nDNA)相比,mtDNA突变率较高,在这些突变中有的突变为中性突变,这种中性突变逐渐累积就形成单倍群(haplogroup)和单倍型(haplotype)。一些线粒体的单倍群或单倍型能够影响线粒体的功能,例如使ATP和ROS的生成发生改变, ※本课题受973项目(),自然科学基金重大项目(30393131),自然科学基金面上项目(30572087、30300123)。 7 第三军医大学博士学位论文因而研究人线粒体单倍群、单倍型与高原习服适应以及高原习服不良的疾病(高原肺水肿)的关系,为深入研究高原习服适应的线粒体遗传机制打下基础。本研究中首先通过对26例汉族个体的mtDNA全长进行测序,序列进行比对分析, 寻找出汉族人mtDNA多态性的特征(SNPs或单倍群);(polymerase chain reaction-restriction fragment 1ength polymorphism, PCR-砌吧P)、(polymerase chain reaction—ligase detection reaction,PcR—LDR)的方法分别研究汉族人线粒体的单倍群和单倍型与高原适应以及高原习服不良的疾病(高原肺水肿)的易感性之间的关系。线粒体基因组的变化处序列变化外还有数目变化,线粒体呼吸链氧化磷酸化不但与mtDNA结构的完整性相关还与其拷贝数相关,mtDNA拷贝数增加被认为是总线粒体呼吸功能的代偿。对于mtDNA拷贝数在高原习服适应中变化规律,目前尚不清楚。采用定量PCR的方法研究线粒体基因组数目多态性与高原习服适应的关系。我们取得的主要结果有: ,有24个基因的表达存在差异,其中表达上调的基因3个,表达下调的基因21个。这些差异表达基因编码蛋白的功能涉及能量代谢、信号转导、细胞增殖、电子链传递、DNA损伤与修复、细胞粘附分子等方面。通过ql弭PCR 发现Kdr、Dctn2以及Coxl7基因的I心斟A表达与基因芯片结果同趋势。 ,13l bp(No-EF535828),与其它哺乳动物的mtDNA 序列相似,含13种编码蛋白质、22个tRNA和2个rRNA。除ND6和8个tIⅢA基因(Gln-tIⅢA、Se卜tRNA、Ala-tRNA、sn-tRNA、Cys—tRNA、Tyr-tRNA、Glu-tRNA以及 Pr0一tRNA)位于轻链上,其余基因位于重链上。%,%, %,%。进化分析发现高原鼠兔与美洲鼠兔的遗传距离最近,其次是与家兔的遗传距离较近;通过对高原鼠兔的氨基酸序列分析发现,高原鼠兔的COXl、COx2基因的氨基酸序列发生了改变。 (