胞红蛋白在藏羚羊脑组织的基因和蛋白表达的研究

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1、青海大学医学院2009级攻读硕士学位研究生毕业论文前言空气中的氧是包括人在内的很多生物赖以生存的必要条件，故机体的氧运输、氧代谢和氧利用研究一直是生命科学研究的重要命题。低氧适应是高原医学研究的核心。氧的载体蛋白主要为HGB和MGB。血液中的HGB和肌肉组织中的MGB都是含有铁卟啉的红色蛋白质,长期以来,这两种复杂的蛋白质以其独特的三级结构被认为是唯一存在于脊椎动物中的携氧球蛋白,而一般认为其他携氧球蛋白存在于无脊椎动物、植物以及真菌中。2001年日本学者Kawada[1]发现了一种肝星状细胞激活相关蛋白(St

2、ellatecellactivation-associatedprotein,STAP)；德国学者Burmester[2]证实该蛋白广泛分布于人体多种组织，称之为胞红蛋白(cytoglobin,CGB)并与HGB、MGB、NGB一起构成携氧球蛋白家族。脊椎动物CGB基因定位于染色体17q25,都含有4个外显子和3个内含子。人CGB基因为单拷贝基因,共5188bp全长的cDNA序列,522bp的开放阅读框,190个氨基酸编码。序列同源性分析表明,CGB序列之间的保守性在不同物种间明显高于HGB,MGB和NGB[2

3、,3]。在脊椎动物中CGB与HGB,MGB和NGB的基因序列具有显著的同源性[2,4]。PheCD1、HisE7、HisF8等[5]具有携氧球蛋白结构和功能意义的关键性残基,在CGB基因序列也含有。CGB骨架呈夹心型螺旋球蛋白折叠结构[6]。在生理条件下HGB和MGB含有5个配位键结构，而CGB含有6个配位键结构。CGB分布在脑组织的神经细胞的细胞核和细胞浆中,在缺氧状态时考虑CGB在核内的表达,可能与参与缺氧应激反应的蛋白质转录调节相关[7]。考虑CGB对氧的亲合力与Fe(II)O2复合体稳定性,认为CGB具

4、有供给O2的生理功能。CGB能可逆地结合O2和CO,也能与NO反应。然而,通过研究CGB在人体内的表达得出CGB的表达量在μmol/L水平,而HGB和MGB在人体内的表达量在mmol/L水平，CGB浓度在人体内很低,因此,认为人体内CGB与细胞的需氧反应有关；这些反应包括脯氨酸-羟化酶反应（与胶原合成有关）,天冬酰胺-羟化酶和脯氨酸-羟化酶反应（与低氧诱导因子的羟化反应相关）。NO合酶(NOS)催化L-精氨酸形成NO需要O2，CGB为其酶反应提供O2。神经元ROS(NO)-信号转导途径可能与CGB有关[7]。8

5、青海大学医学院2009级攻读硕士学位研究生毕业论文有研究认为,CGB有跟MGB相近的携氧和储氧功能，CGB可逆地结合氧能力与NGB,MGB近似,CGB在MGB不表达的组织中起作用[8]。CGB可能只是发挥暂时的氧贮存器起贮氧的作用,在组织细胞缺氧时持续的、小量的为组织细胞供氧和促进氧向线粒体内扩散，因为CGB与氧具有高亲和力和相对低的离解率[9]。携氧球蛋白是缺氧感受器的观点最早由Goldberg等提出[10]。研究认为细胞外氧气的浓度密切影响携氧球蛋白的结构,携氧球蛋白的结构可在氧气浓度的变化下发生改变从而形

6、成了信号转导的基础。当氧气的浓度发生改变时,在和配体连接时CGB的6个配位键结构可以发生明显的构象改变,可以调节蛋白质的功能，更有利于触发下游调节因子的活动,发挥更好的调节功能[11,12]。在脑组织的下丘脑室旁核、蓝斑、纹状体等部位神经细胞CGB胞核内的分布,可能通过调节自主神经、代谢率等间接参与缺氧时的反应，而不是直接通过贮存和释放氧气参与缺氧时的应激[13]。研究发现缺氧条件下在脑、肝、肌组织中通过缺氧诱导因子1(hypoxiainducedfactor-1,HIF-1)来调控CGB表达量的提高,提示CG

7、B参与了细胞的氧化应激反应[14]。外周及中枢神经系统的神经细胞中,CGB是有效的ROS清除剂,保护神经细胞避免氧化损伤[15]。有研究CGB对体外培养的人成神经瘤细胞可以有效减少氧化应激提高细胞存活率[16,17]。体外研究发现,在培养的成神经瘤细胞中H2O2能明显诱导CGBmRNA的表达,此类细胞的CGB表达量用RNA-i干扰技术降低后,与H2O2共培养,会使此类细胞的死亡率明显增加。因而推测能感应氧化应激并保护神经细胞免于死亡是神经细胞中的CGB具有的作用[18]。缺氧条件下在许多种类的组织细胞中CGB的

8、表达量相应增高,但具体的机制和涉及到的信号转导途径还有待于进一步研究,目前不清楚CGB对缺氧组织是否具有保护作用及其作用机制，也没有CGB保护缺氧组织的直接证据。实验已经证实，缺氧条件下可以使许多组织细胞中的CGB表达量增多[19,20]。也有研究表明在分别缺氧条件下CGB的表达量存在明显的表达的氧浓度依赖性[19]和时间差异性[21]。Wystub等[4]分析了MGB,NGB和CGB