秀丽隐杆线虫挥发性信息素介导辐射旁效应和适应性反应偶联过程和机制研究

摘要

旁效应和适应性反应是两种典型的辐射非靶效应。辐射旁效应是指被辐照的细胞通过释放信号因子诱导其邻近细胞产生辐射反应的一种现象，它的发现和研究拓展了传统辐射生物学的靶向作用理论，对低剂量辐射风险评估、防护，以及肿瘤的放疗策略产生了重要影响。辐射旁效应的研究主要是在细胞水平开展的，并逐步延伸到三维组织和个体水平。近年来，个体间辐射旁效应已经引起广泛的关注，并在虹鳟鱼、斑马鱼、线虫等动物模型上得到证实，表明辐射效应也能在群体或者生态层面上被“级联放大”。然而，当前的研究主要集中在个体间液体环境中可溶性信号分子诱导的辐射旁效应，并没有关于挥发性旁效应信号的相关报道。本论文以秀丽隐杆线虫作为实验对象，研究线虫挥发性信息素介导个体间辐射旁效应和适应性反应偶联的过程和相关机制，主要内容如下:
　　一）线虫个体间挥发性信号通讯实验体系的构建
　　线虫个体间的通讯信号既可以是可溶性物质，也可以是挥发性物质。在本论文中，我们专注于研究线虫个体间挥发性信号分子的通讯，为此建立了一个底—顶布局的共培养实验体系。在该实验体系中，受辐照的线虫在底部培养皿正置培养（作为挥发性信号的供体），旁区群体的线虫在顶部培养皿中倒置培养（作为挥发性信号的受体），上下培养皿（无盖）通过paraffin膜密封，形成一个密闭的空间。在该密闭空间中，底部和顶部培养的线虫并没有直接的物理接触，只能通过挥发性信号进行相互通讯。该实验体系的优点是针对性强、操作简单，并能在不同的时间点实现受辐照线虫和旁区线虫的组合和分离。
　　二）线虫个体间辐射旁效应的诱导和新型挥发性信息素的证实
　　本研究以线虫胚胎致死率作为生物学检测终点，研究底部线虫受辐照对顶部线虫的影响。研究发现:对底部线虫实行不同剂量的γ辐射并没有直接影响改变顶部线虫的胚胎致死率，然而，在共培养结束后再对项部线虫实行一定剂量的γ辐射，相对于底部没有经历辐照的线虫共培养对照组，实验组线虫表现出明显的辐射适应性。该结果不仅证明了线虫个体间存在挥发性信号并能诱导辐射旁效应现象，而且也在群体水平展示了辐射旁效应和适应性反应的耦合关系。进一步的研究发现:1）仅有L3期的线虫能够产生挥发性旁效应信号，产生的过程可以持续10小时;2)DNA损伤反应(DDR)参与顶部线虫辐射适应性的诱导，作用的靶点是性腺远端有丝分裂区细胞;3）挥发性旁效应信号的产生依赖于水溶性蛔甙信息素的代谢合成和相关神经感知;4）挥发性旁效应信号是一类新的线虫挥发性信息素。
　　三）热胁迫诱导线虫旁效应信号的产生
　　为了证明线虫这类挥发性信息素的诱导具有广谱性，本研究对共培养体系中底部的线虫实行热暴露处理，发现热胁迫同样可以诱导顶部线虫产生辐射适应性反应，同时发现对底部线虫实行高密度培养也能启动顶部线虫的辐射适应性反应，表明这类挥发性信息素的诱导因子具有一定的广谱性。进一步的研究表明:1)热胁迫在L2、L3、L4和成虫期的线虫中都能诱导产生挥发性旁效应信号;2）在顶部线虫中，DDR通路同样参与热胁迫诱导的辐射适应性反应，不同的是其作用靶点在性腺远端的有丝分裂和减数分裂区细胞;4）与γ辐射不同，热胁迫诱导线虫挥发性旁效应信号的产生不依赖蛔甙信息素的代谢合成，而受热敏感神经元AFD和热休克因子HSF-1及HSPs的调控。
　　四）辐射和热诱导线虫挥发性旁效应信号的产生和作用过程对比分析
　　上述实验证明了一类新的线虫挥发性信息素（旁效应信号）的存在。然而由于线虫挥发性信息素的研究刚刚起步，目前还没有可供参考的分离、分析方法。在本研究中，我们尝试使用GC-MS对其化学性质进行检测，但是未能得到理想的结果。为此，我们对辐射和热胁迫诱导挥发性信息素的产生和作用过程进行了对比分析，为寻找合适的分离、分析方法，进一步明确该类信息素的化学和代谢特性提供线索。依据:1）辐射和热胁迫诱导线虫产生的挥发性旁效应信号依赖不同的上游代谢和信号通路;2）辐射和热胁迫诱导不同发育时期的线虫产生挥发性旁效应信号;3）辐射和热胁迫诱导线虫产生的挥发性旁效应信号在顶部线虫生殖腺中的作用靶点不同。推论:1）辐射和热胁迫可能诱导两类不同的挥发性信息素，或者是两种组分相同但比例不同的挥发性混合物;2）辐射和热胁迫诱导挥发性信息素的产生可能与线虫神经活动有关。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 辐射生物学的发展

1．1．1 辐射的基本概念

1．1．2 电离辐射损伤方式

1．1．3 辐射生物学效应

1．1．4 低剂量辐射非靶效应

1．2 模式生物—秀丽隐杆线虫

1．2．1 秀丽隐杆线虫自然生境

1．2．2 线虫的生物学特征

1．2．3 秀丽隐杆线虫研究史

1．2．4 秀丽隐杆线虫作为模式动物的特点

1．3 秀丽隐杆线虫的DNA损伤修复

1．3．1 秀丽隐杆线虫DNA损伤反应

1．3．2 秀丽隐杆线虫生殖细胞系DNA损伤检测点

1．3．3 秀丽隐杆线虫生殖细胞中DAN损伤修复通路

1．4 本论文的研究目的和主要内容

第2章 实验材料与方法

2．1 线虫品系

2．2 实验试剂

2．3 仪器

2．4 缓冲液及培养基配置

2．5 线虫的培养

2．6 线虫辐射处理及共培养体系的建立

2．7 线虫热处理

2．8 线虫胚胎致死率检测

2．9．2 趋向性实验设计及步骤

2．10 数据统计分析

第3章 挥发性信号介导线虫个体间辐射旁效应与适应性反应的耦合

3．1 前言

3．2 实验结果

3．2．1 建立挥发性信号通讯的线虫实验体系

3．2．2 挥发性旁效应信号介导线虫个体间的适应性反应

3．3．3 发育时期和培养密度对挥发性旁效应信号诱导的影响

3．2．4 挥发性旁效应信号与挥发性性信息素的比较

3．2．5 底部辐照线虫产生挥发性旁效应信号的时间过程

3．2．6 挥发性旁效应信号影响顶部线虫的组织(细胞)靶点

3．2．7 DNA损伤反应在挥发性旁效应信号诱导中的作用

3．2．8 线虫信息素蛔甙对挥发性旁效应信号诱导的调控

3．3 讨论

第4章 热胁迫诱导秀丽隐杆线虫挥发性旁效应信号和个体间适应性反应

4．1 前言

4．2 实验结果

4．2．1 热胁迫诱导线虫释放挥发性旁效应信号

4．2．2 发育时期和培养密度对热胁迫诱导挥发性旁效应信号的影响

4．2．3 热胁迫诱导挥发性旁效应信号的时间过程

4．2．4 DDR在热胁迫诱导线虫辐射适应性反应中的作用

4．2．5 热胁迫诱导挥发性旁效应信号作用顶部线虫的细胞靶点

4．2．6 热敏感神经及其相关通路介导热胁迫线虫产生挥发性旁效应信号

4．3 讨论

第5章 辐射诱导与热胁迫诱导挥发性旁效应信号的产生和作用过程对比分析

5．2．1 辐照和热胁迫诱导挥发性旁效应信号化学成分分析

5．2．2 挥发性旁效应信号诱导过程中蛔甙生物合成和热敏感神经元的作用分析

5．2．3 底部线虫发育时期对挥发性旁效应信号影响分析

5．2．4 挥发性旁效应信号影响项部线虫的靶组织分析

5．2．5 挥发性旁效应信号诱导顶部线虫DNA损伤反应分析

5．3 讨论

第6章 结论与展望

致谢

参考文献

附录

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