Gαq亚基在棉铃虫蜕皮激素信号途径中的功能研究

摘要

研究背景，存在的科学问题以及研究意义：
　　昆虫需要经过生长发育才能代代繁衍，长盛不衰。昆虫的发育主要包括蜕皮与变态两个过程。昆虫的蜕皮变态主要受蜕皮激素(20E)和保幼激素(JH)的调控。20E和JH相互拮抗，共同调控昆虫的生长发育和与蜕皮变态。在幼虫期，20E滴度较高，可启动蜕皮的发生;在幼虫末龄期，20E滴度再次升高，启动变态的发生。20E作为一种甾醇类激素，具有经典的基因组信号途径，即20E直接进入细胞核与核受体结合启动基因转录。但是越来越多的研究发现有些甾醇类激素具有非基因组信号途径，例如雌激素和油菜素内酯，此二者亦具有膜受体。G蛋白偶联受体(Gproteincoupledreceptors，GPCRs)作为一种膜受体参与众多信号转导途径，将胞外第一信使转化为第二信使，开启下游级联反应。异源三聚体G蛋白与GPCR偶联，由α，β，γ三种亚基组成。Gαq属于Gα的一种亚型，本论文主要研究Gαq亚基是否参与20E信号通路，并对棉铃虫蜕皮变态产生何种影响。在理论上可以深入揭示昆虫蜕皮变态的分子机制，进一步了解甾醇类激素非基因组信号途径;在应用上能为害虫防治提供靶标基因。
　　研究结果与结论：
　　棉铃虫属于鳞翅目夜蛾科昆虫，作为一种完全变态昆虫，需要经历卵，幼虫，蛹，成虫四个发育时期。我们以之为实验材料，通过虫体与细胞系干扰，磷酸化检测，钙离子流向测定等方法，研究了Gαq在棉铃虫蜕皮变态中的作用，揭示了Gαq以一种非基因组信号途径的方式参与20E信号通路，并对20E基因组信号通路进行调控。主要获得如下实验结果和结论:
　　1.20E通过Gαq调控基因的转录和变态发生
　　Gαq在棉铃虫变态期高表达，能被20E诱导上调。虫体干扰显示Gαq参与了20E诱导的蜕皮变态，干扰Gαq能延迟变态时间，导致虫体死亡。虫体和细胞系干扰均会导致20E基因组信号途径中一系列重要的基因发生下调。
　　2.20E调控Gαq向膜迁移
　　免疫细胞化学结果显示Gαq主要分布在细胞质中，在20E的诱导下可以快速向细胞膜附近迁移。GPCR抑制剂可以阻断20E诱导的Gαq向膜迁移。20E通过PKC介导Gαq发生磷酸化决定迁移。
　　3.Gαq参与20E诱导的细胞内钙离子水平的升高
　　20E可以在短时间内诱导细胞内钙离子水平升高，包括内钙释放和外钙内流。干扰Gαq后，20E既不能诱导胞内钙离子释放，也不能诱导胞外钙离子内流。说明Gαq可参与20E调控的胞内钙离子水平快速变化，包括内钙释放和外钙内流。
　　4.20E通过Gαq调控PKC介导的CDK10和USP1的磷酸化
　　CDK10和USP1能够被20E诱导发生PKC介导的磷酸化。细胞系干扰Gαq后，CDK10和USP1不能被20E诱导发生磷酸化。20E通过Gαq调控USP1的磷酸化，进而影响下游基因转录的启动，最终影响昆虫蜕皮变态的发生。
　　创新点及意义：
　　本论文研究了Gαq在棉铃虫20E信号转导通路中的作用，揭示了Gαq以一种非基因组信号转导途径来调控20E基因组信号途径，为20E信号途径具有膜受体提供了实验支持，并为后续控制害虫靶标分子的筛选提供理论支持。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 前言

一．概述

二．昆虫蜕皮变态的分子机制

三．蜕皮激素信号转导途径

1．蜕皮激素的核信号途径

2．蜕皮激素非基因组信号途径

四．甾醇类激素激活的G蛋白信号转导途径

1．G蛋白(Guanine nucleotide-binding proteins，G proteins)概述

2．Gα亚基(G protein alpha subunit)分类，分布及信号传递模式

3．Gα亚基功能

4．G蛋白与类固醇激素

五．论文选题依据，科学问题及研究意义

第二章 Gαq基因在棉铃虫蜕皮变态中的功能

一．引言

二．实验材料与方法

1．实验材料

2．实验方法

三 实验结果

1．Gαq序列基因克隆及序列分析

2．Gαq重组表达与抗体制备

3．Gαq在棉铃虫变态期高表达

4．干扰Gαq影响棉铃虫的变态

5．干扰Gαq抑制20E信号通路的基因转录

6．Gαq蛋白能在亚细胞水平上响应20E，向细胞膜迁移

7．Gαq能调节20E诱导下的棉铃虫表皮细胞钙离子水平

8．Gαq能调控20E诱导下的CDK10，USP1的磷酸化

9．在20E的刺激下，Gαq蛋白能够被PKC磷酸化

四．讨论

1．Gαq参与到20E诱导的胞内钙离子增加

2．20E通过Gαq调控由PKC介导的CDK10和USP1的磷酸化

3．20E通过Gαq调控基因的表达和昆虫变态行为的发生

五．结论

论文创新点总结

参考文献

致谢