鱼类新母源性免疫因子的分离、鉴定与作用机理

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31372505
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    77.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1901.水产学基础
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Most fish eggs are fertilized externally, and the resulting embryos are exposed to an aquatic environment full of potential pathogens capable of causing various types of diseases. During the early stages of development, fish embryos have little or only limited ability to synthesize immune molecules endogenously and their lymphoid organs are not yet fully matured. How do they survive the pathogenic attacks in such a hostile environment? Fish eggs in most cases are cleidoic, i.e. closed free-living system following fertilization; they are thus supposed to depend on the maternal provision of immune molecules for protection against invading pathogens. Maternal immunity refers to the immunity transferred across the placenta, colostrum, milk or eggs from mother to offspring. It was first described in mammals and birds more than 110 years ago, and has now been documented among different vertebrates such as mammals, birds, reptiles, amphibians and fishes as well as in invertebrates including insect and amphioxus. Previous studies have shown that maternal IgM is able to be transferred from mother to offspring. Likewise, maternal transfer of innate immune factors including C3, lectins and lysozymes to offspring has also been reported in different teleost species. Additionally, immunization of parents results in a significant increase in IgM levels and anti-protease and lysozyme activities in their eggs compared to controls. These maternally-transferred molecules have been proposed to be involved in the early defense against pathogens in developing fish embryos. Using an in vitro assay system of complement activity, we have shown that the the protection of early embryos of zebrafish against microbial attack is attributed to maternal complement components operating via the alternative pathway. Despite these progresses in the past decade, many questions remain to be answered. For example, are there other factors in eggs also involved in maternal immunity? If so, how do they protect the embryos from microbial attack? What are their mode of action? To answer these questions also has a possible application in fisheries. Significant mortality is routinely recorded at larval stage, and how to enhance the survival rate of fish larvae is a problem of practical importance. The aims of this proposal were thus to isolate and identify the maternal immune molecules in fish eggs, to examine their functions and to explore their mode of action. We plan to use LPS-conjugated Sepharose chromotograpgy together with mass spectrometry to isolate and identify the maternal immune molecules in fish eggs. We will also utilize anti-microbial activity assay, protein-microbial interaction assay, ELISA, microbial challenge assay, microinjection, PCR, phagocytosis assay and scanning electronic microscope etc. to investigate the roles of these molecules in vitro and in vivo, and to uncover their mode of acion. For detailed research plan, see the flow chart in the proposal, please.
鱼类仔稚鱼和幼鱼死亡率通常很高,严重影响鱼苗生产。多数鱼类都是体外受精发育,其发育的水环境中存在大量致病微生物,而鱼类免疫系统发生较晚,胚胎不具备或仅有些许合成免疫分子的能力。鱼类胚胎在如此恶劣环境中,如何保护自己免受病原菌侵袭,是一个既有理论意义又有应用价值的重要科学问题。过去10多年,鱼类母源性免疫研究取得很大进展,但仍有大量问题悬而未决,如鱼卵中还有哪些新的免疫因子没有被发现?它们如何保护胚胎不受病原菌感染?它们作用机理是什么?作用能够持续多久?所有这些问题恰好构成本申请研究内容。我们拟以鲆鲽鱼为主要研究对象,利用交联LPS的琼脂糖凝胶或/和细菌与卵子提取液共育,分离结合蛋白,借助蛋白质质谱技术,实现对鱼类新的母源性免疫因子的高通量分离、鉴定,同时利用现代免疫学、微生物学和发育生物学等技术手段,研究它们对胚胎的保护作用和机理,取得具有原始创新性的新发现,为提高鱼苗成活率提供理论指导。

结项摘要

仔稚鱼和幼鱼高死亡率是鱼苗生产亟待解决的问题,多数鱼类都是体外受精发育,其发育的水环境中存在大量致病微生物,而鱼类免疫系统发生较晚,胚胎不具备或仅有些许合成免疫分子的能力,母源性免疫因作为提高鱼苗成活率的一条切实可行的途径并成为研究热点。但是,目前关于母源性免疫仍有许多问题悬而未决。本研究将斑马鱼早期胚胎匀浆上清液与交联有LPS的琼脂糖凝胶柱共育,分离、鉴定出了斑马鱼早期胚胎中的新型母源性LPS结合蛋白ZRANB2和ZNF365。首先,分别在分子水平和蛋白水平,证明了ZRANB2和ZNF365在斑马鱼各组织中均有表达,在胚胎发育早期ZRANB2和ZNF365也大量存在,这说明其确实为母源性蛋白。其次,体外功能验证证明了重组ZRANB2(rZRANB2)和重组ZNF365(rZNF365)作为模式识别受体可以识别细菌信号分子LPS,能与革兰氏阴性菌大肠杆菌、鳗弧球菌和嗜水气单胞菌结合,可以作为抗菌效应分子来直接杀死细菌。再次,还对其体内活性进行了验证,将rZRANB2和rZNF365用显微注射技术注入斑马鱼早期胚胎可以显著地提高胚胎对斑马鱼病原菌嗜水气单胞菌的抵抗能力,同时注入抗ZRANB2及rZNF365的抗体会让抵抗力明显地降低,而注入抗actin的抗体却没有此作用。最后,通过截短表达寻找到了ZRANB2和ZNF365的活性中心Z11/37和Z30-55,发现将其注入胚胎也会提高胚胎对嗜水气单胞菌的抵抗力。另外,我们在养殖鱼类大菱鲆的饲料中添加酵母葡聚糖(β-葡聚糖含量≥80%),80天后收集血液和卵子,制备血清和卵子提取液,发现其中溶菌酶的活性明显提高。说明酵母葡聚糖能够增强大菱鲆雌鱼血清和和卵子提取液的溶菌酶活性,从而提高亲代和子代的免疫能力。本研究对鱼类新的母源性免疫因子进行高通量分离、鉴定,探究其作用机理并致力于将其应用在鱼类养殖业中,对提高鱼类育苗成活率、促进我国鱼类养殖业特别是鲆鲽鱼类养殖业可持续发展有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Zebrafish phosvitin-derived peptide Pt5 inhibits melanogenesis via cAMP pathway
斑马鱼卵黄高磷蛋白衍生肽 Pt5 通过 cAMP 途径抑制黑素生成
  • DOI:
    10.1007/s10695-016-0306-3
  • 发表时间:
    2017-04-01
  • 期刊:
    FISH PHYSIOLOGY AND BIOCHEMISTRY
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Liu, Yuan-Yuan;Su, Xiu-Rong;Zhang, Shicui
  • 通讯作者:
    Zhang, Shicui
Vitellogenin is an immunocompetent molecule for mother and offspring in fish
卵黄蛋白原是鱼类母亲和后代的免疫活性分子
  • DOI:
    10.1016/j.fsi.2015.08.011
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    FISH & SHELLFISH IMMUNOLOGY
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Zhang Shicui;Dong Yuan;Cui Pengfei
  • 通讯作者:
    Cui Pengfei
Zinc finger protein 365 is a new maternal LPS-binding protein that defends zebrafish embryos against gram-negative bacterial infections
锌指蛋白 365 是一种新的母体 LPS 结合蛋白,可保护斑马鱼胚胎免受革兰氏阴性细菌感染
  • DOI:
    10.1096/fj.201700694r
  • 发表时间:
    2018-02-01
  • 期刊:
    FASEB JOURNAL
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Du, Xiaoyuan;Zhou, Yang;Zhang, Shicui
  • 通讯作者:
    Zhang, Shicui
Identification of the Zinc Finger Protein ZRANB2 as a Novel Maternal Lipopolysaccharide-binding Protein That Protects Embryos of Zebrafish against Gram-negative Bacterial Infections
鉴定锌指蛋白 ZRANB2 作为一种新型母体脂多糖结合蛋白,可保护斑马鱼胚胎免受革兰氏阴性细菌感染
  • DOI:
    10.1074/jbc.m115.679167
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Wang Xia;Du Xiaoyuan;Li Hongyan;Zhang Shicui
  • 通讯作者:
    Zhang Shicui
Aging asymmetry: systematic survey of changes in age-related biomarkers in the annual fish Nothobranchius guentheri
衰老不对称:一年生鱼类Nothobranchius guentheri与年龄相关的生物标志物变化的系统调查
  • DOI:
    10.1007/s10695-016-0288-1
  • 发表时间:
    2017-04-01
  • 期刊:
    FISH PHYSIOLOGY AND BIOCHEMISTRY
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Dong, Yuan;Cui, Pengfei;Zhang, Shicui
  • 通讯作者:
    Zhang, Shicui

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  • 通讯作者:
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  • 作者:
    罗艳;张群;梁宇君;张士璀
  • 通讯作者:
    张士璀

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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