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Expression of Djtraf3 in planarian Dugesia japonica

东亚三角涡虫Djtraf3基因的时空表达模式



全 文 :第 13卷第 2期
2015年 3月
生  物  加  工  过  程
Chinese Journal of Bioprocess Engineering
Vol􀆰 13 No􀆰 2
Mar􀆰 2015
doi:10􀆰 3969 / j􀆰 issn􀆰 1672-3678􀆰 2015􀆰 02􀆰 009
收稿日期:2014-01-06
基金项目:山东省自然科学基金(ZR2013CM011)
作者简介:范晓静(1986—),女,山东济宁人,硕士研究生,研究方向:发育与进化生物学;赵博生(联系人),教授,E⁃mail:zhaobosheng@ sdut.edu.cn
东亚三角涡虫 Djtraf3基因的时空表达模式
范晓静,周鲁明,刘殿辰,赵博生
(山东理工大学 生命科学学院 发育与进化生物学实验室,山东 淄博 255049)
摘  要:肿瘤坏死因子受体相关因子 3(TRAF3)作为 TRAF家族的成员之一,通过介导 TLRs信号通路,参与动物的
免疫反应。 通过构建东亚三角涡虫 Djtraf3的 cDNA文库获得 Djtraf3基因并分析基因结构。 结果发现,该最大开放
阅读框为 564 bp,编码的蛋白质含 187 个氨基酸,含有 1 个 TRAF 结构域。 进化分析表明,DjTRAF3 和果蝇的
TRAF3聚群,位于进化树的基部;整体原位杂交结果显示,在涡虫成体及不同再生阶段,Djtraf3 在整个肠部表达。
这些结果为进一步探究其功能提供了依据和方向。
关键词:东亚三角涡虫;Djtraf3;DIG labeling RNA探针;原位杂交
中图分类号:Q785        文献标志码:A        文章编号:1672-3678(2015)02-0047-06
Expression of Djtraf3 in planarian Dugesia japonica
FAN Xiaojing,ZHOU Luming,LIU Dianchen,ZHAO Bosheng
(Laboratory of Developmental and Evolutionary Biology,School of Life Sciences,
Shandong University of Technology,Zibo 255049,China)
Abstract:Tumor necrosis factor receptor⁃associated factors 3(TRAF3) takes part in immune response in
animals by mediated TLRs signal pathway. The cDNA Djtraf3 encoding a planarian TRAF3,contained a
564 bp open reading frame corresponding to a deduced protein of 187 amino acids, and a TRAF
conservation domain. Phylogenetic analysis shows that DjTRAF3 and Drosophila melanogaste TRAF3
proteins are grouped together,and falling at the base clade. The study probed the expression patterns of
Djtraf3 in adult and different regeneration courses of planarian Dugesia japonica. The results showed that
Djtraf3 located in digestive system in homeostasis and regeneration. These findings provide the basis and
direction for further exploring its function.
Keywords:Dugesia japonica;Djtraf3 gene;DIG⁃labeling RNA probe;whole⁃mount in situ hybridization
    肿瘤坏死因子受体相关因子 ( tumor necrosis
factor receptor⁃associated factors,TRAFs)是介导生物
体内细胞因子间信号传导的一类适配蛋白[1],1994
年 12月,Hu等[2]通过酵母双杂交技术得到了一个
含有高度保守的 TRAF 结构域和锌指结构的新蛋
白,该蛋白可以通过与 CD40 蛋白相互作用来促进
下游信号通路的传导,将该蛋白命名为 TRAF3,也
叫 CD40结合蛋白。 TRAF3 是 TRAFs 家族功能最
为多样化的成员之一, TRAF3 可以与 MyD88
(myeloid differentiation factor 88)、TRIF(toll⁃receptor⁃
associated activator of interferon ) 相互作用,促进
TRAF3 与 IRAK 1 ( interleukin⁃1 ( IL⁃1)⁃receptor⁃
associated kinase⁃1)、TBK 1 ( TRAF⁃associated NF⁃
KB activator binding kinase⁃1)和 IKK ε(IkB kinase⁃
ε) 蛋白复合物的形成,诱导 IFN ( type I interferon)
的表达,介导 TLRs 信号通路,从而参与机体的免
疫[3-4];Oganesyan 等[5]发现 TRAF3 在不依赖 TLRs
信号通路的抗病毒过程中也有重要作用。 TRAF3
蛋白还能通过自身指环结构的活性和 TRAF结构域
与 NF κB 诱导激酶(NF⁃κB inducing kinase,NIK)
的绑定结合来调控 MAPK (mitogen⁃activated protein
kinases),激活蛋白激酶的蛋白水平,从而调控 pl00
转变为 p52的 NF κB活化过程,同时,TRAF3还可
以通过抑制 NF κB 的活性参与淋巴毒素 β 受体
(LTβR) 诱导细胞凋亡的过程[6-9]。 此外,TRAF3
还与 EBV(epstein⁃barr virus)介导的疾病、套细胞淋
巴癌和自身免疫疾病相关。 目前,通过对 Hodgkin
疾病的研究,证明抑制 TRAF3 的降解,有助于对于
该疾病的治疗[10]。 迄今为止,已在线虫、果蝇、斑马
鱼、鼠和人等多种生物体中发现了 TRAF3 的存在,
在哺乳动物中,traf3 基因广泛表达于体内的各个组
织,例如心、脾、肺、肝脏和肠等[11]。
东亚三角涡虫(Dujesia japonica)属于扁形动物门
( Platyhelminthes )、 涡 虫 纲 ( Turbelaria )、 三 肠 目
(Tricladicla)、三角涡虫科(Dugesiidae)、真涡虫属
(Dugesia),是扁形动物门涡虫纲的代表动物。 扁形
动物是在动物演化进程中是首次出现两侧对称、三胚
层的类群[12-13],且涡虫具有很强的再生能力,身体的
每一小段都能再生成一个完整的个体,因而其已成为
研究进化、发育和再生机制的模式动物[14-15]。
笔者通过 DIG labeling RNA 探针和原位杂交
技术来研究 Djtraf3 基因在涡虫成体和不同再生阶
段的具体位置,为进一步研究其功能奠定基础,同
时为探究该基因在不同物种中的生物学功能及进
化历程提供依据。
1  材料和方法
1􀆰 1  材料
东亚三角涡虫采于山东省博山区泉河头,用大约
20 ℃灭菌且用充氧过夜的凉开水饲养,每周用鸡蛋
黄喂食涡虫 1 次,隔天换水,实验前涡虫饥饿处理 1
周。 含东亚三角涡虫 Djtraf3基因的重组质粒 pcDNA
3􀆰 0 Djtraf3保存在由笔者所在实验室成员构建的涡
虫 cDNA 文库中。 Nde I、 Sp6 RNA 聚合酶、RNase
Inhibitor、Dnase,Fermentas 公司;Yeast Extract、甘氨酸
(Gly)、蛋白酶 K, Amresco 公司; DIG RNA labeling
Mix、地高辛抗体、blocking reagent,Roche 公司,其他
药品为市售分析纯。
1􀆰 2  生物信息学分析
经初步分析的 DjTRAF3 氨基酸序列,在 NCBI
进行 Blastp 比对, 寻找保守区域 ( conservation
domain,CD)和同源蛋白序列。 用 DNASTAR软件包
中的 MegAlign软件分析同源蛋白的 CD序列之间的
相似性;用 PHYLIP 3􀆰 5c 软件包中的 Neighbor
Joining 方法,采用 bootstrap 复制数为 1 000,并用
Cavia porcellus TRAF2作为外类群构建进化树。
1􀆰 3  DIG标记的 RNA探针的合成
碱裂解法提取 pcDNA3 Djtraf3质粒,Nde Ⅰ限
制性内切酶酶切 pcDNA3 Djtraf3 质粒,以线性化
的 pcDNA3 Djtraf3质粒 DNA 为模板,用 SP6 RNA
聚合酶体外转录合成反义的 DIG 标记的 RNA 探
针;对照利用 T7 RNA聚合酶合成正义链的探针。
1􀆰 4  再生涡虫及成体涡虫的制备
选择大小适中的涡虫,将其切割成头、中、尾 3
部分,隔天换水,依次收集再生 3、5、7 和 10 d 的涡
虫各 15条,将再生涡虫与 20 条成体涡虫用 2%(体
积分数)的盐酸杀死,除去盐酸,加入 4%(体积分
数)的多聚甲醛于 4 ℃固定 4 h,用 30%、50%和
70%(体积分数)的乙醇依次脱水,每次 1 min,最后
溶于 70%的乙醇中,-20 ℃保存。
1􀆰 5  原位杂交
标本经 6%(体积分数) H2O2漂白,20 mg / mL的
Protease K消化 25 min, Gly终止后,用磷酸钠 吐温
缓冲液(NaPBSTw)和磷酸钠缓冲液(NaPBS)洗涤,
40 g / L 多聚甲醛固定 1 h,0􀆰 1 mol / L 三乙醇胺加
0􀆰 25%(体积分数)乙酸酐进行乙酰化,56 ℃预杂交
3 h,加入 DIG标记的探针 56 ℃杂交 36 h,其中 5条
成体涡虫不加探针作为空白对照组。 杂交后分别
用柠檬酸钠缓冲液( saline sodium citrate) 2、0􀆰 5 和
0􀆰 2倍体积洗脱,20 μg / mL RNA酶 A 37 ℃消化 30
min,100 mmol / L Tris HCl(pH 7􀆰 4)含 150 mmol / L
NaCl 洗 3 次。 1% Blocking solution ( 100 mmol / L
Tris HCl(pH 7􀆰 4) 含 150 mmol / L NaCl),室温封
闭 1 h,在含 Anti⁃dig antibody (1 ∶ 4 000)的 Blocking
solution中,室温孵育 2 h, 100 mmol / L Tris HCl
(pH 8􀆰 0)含 150 mmol / L NaCl 和 50 mmol / L MgCl2
洗 3 次,然后氯化硝基四氮唑蓝 四唑硝基蓝(NBT /
BCIP)显色,NikonAZ100 显微镜观察拍照。 重复以
上实验 6次。
84 生  物  加  工  过  程    第 13卷 
2  结果与讨论
2􀆰 1  生物信息学分析
pcDNA3􀆰 0 Djtraf3 的 cDNA 全长为 746 bp
(图 1)。 由图 1 可知:最大开放阅读框为 564 bp,
编码的蛋白质含 187 个氨基酸,蛋白相对分子质
量大小约为 2􀆰 13 × 104。 蛋白序列经 NCBI 的
BLAST比对,发现该蛋白包含 1 个 MATH(meprin
and TRAF⁃C homology) superfamily 结构域,也即
TRAF结构域,包含约 150 个氨基酸残基,预测其
底物结合区位于98 ~ 159位氨基酸区域内,与其他
动物类群的 TRAF3 氨基酸序列比对发现,该蛋白
与果蝇相似度约 23%,与斑马鱼相似度约 36%,与
哺乳动物相似度高达 35% ~ 39%。 利用 DNASTAR
软件包中的MegAlign程序对各物种的 TRAF3蛋白序
列中 TRAF结构域进行比对,结果显示 TRAF3 蛋白
中的 TRAF结构域具有高度保守性,尤其是TRAF C
区域(图 2)。 利用 Philip3􀆰 5c 软件包,采用邻位相连
法,Cavia porcellus 的 TRAF2为外类群(GenBank 登录
号:XP_003473154􀆰 1),1 000 次重复,对代表物种的
TRAF3蛋白进行进化分析,结果见图 3。 由图 3 可
知:DjTRAF3和果蝇的 TRAF3聚群,位于进化树的基
部,属于 TRAF3的原始类型。
M—标准 DNA;1~8—45~60 ℃温度梯度 PCR扩增产物
图 1  pcDNA3 Djtraf3菌落不同温度梯度的
PCR检测结果
Fig􀆰 1  PCR results from recombinant
pcDNA3⁃Djtraf3 plasmid
2􀆰 2  Djtraf3在涡虫整体和再生过程中的时空表达
利用地高辛标记的探针进行原位杂交,不含
探针的空白对照组成体涡虫,结果见图 4。 由图 4
可知:不含探针的空白对照组没有出现阳性信号;
Djtraf3 阳性信号遍于涡虫整个肠上,而且重复实
验结果一致。 这表明,Djtraf3 特异性地表达于成
熟涡虫的肠。 同时,在涡虫再生过程中的不同时
间和不同切段,阳性信号均广泛分布于切段和新
再生的肠,再生 7 d后恢复到类似于成虫的表达图
式(图 5),而在涡虫的再生胚基中,未观察到
Djtraf3 的表达,由此推测,Djtraf3 基因可能在涡虫
再生过程中并不发挥作用,而主要是参与涡虫的
先天免疫。
目前,已在从低等到高等的多种生物体内(如
线虫、果蝇、斑马鱼、鼠、人等)中发现了 traf3 基因
的存在,涡虫在该基因进化历程中属于较原始类
群。 哺乳动物的 TRAF结构域可以介导 TRAFs 成
员和受体、TRAFs 成员之间、TRAFs 成员和一些胞
内蛋白或信号分子的相互作用。 TRAF 结构域包
含约 200 个氨基酸残基,可划分为 TRAF N 和
TRAF C 两部分[16-17] 。 TRAF C 区域为高度保
守的氨基酸同源结构域,含 160 ~ 165 个氨基酸残
基,可以介导 TRAF分子形成同源或异源二聚体或
多聚体,并分别与不同受体蛋白胞内段的 TRAF 结
构域或胞浆中其他含有 TRAF结构域的蛋白结合。
TRAF C 可以与 TANK、NIK 等下游信号分子结
合[18] 。 TRAF N 含有周期排列的疏水性氨基酸
残基,可形成环 环 α 螺旋结构,此结构对 TRAF3
分子形成三聚体不可或缺[19] 。 哺乳动物的
TRAF3 分子的 N 端都含有 1 个 RING 指模序结
构,RING 指模序结构后有 5 ~ 7 个锌指结构域[20] 。
RING 指模序介导 DNA 蛋白质以及蛋白质 蛋白
质间的相互作用,同时还与 NF κB 的激活相关,
之后还发现环指结构参与 TRAFs 的蛋白酶体依赖
的降解过程[21] ,而锌指结构域对 NF кB 和 JNK
的激活都十分重要,TRAF N 能与 c IAPI 和 c
IAPZ等抗凋亡分子相互作用[22] 。 本实验研究表
明涡虫的 Djtraf3 基因编码的蛋白亦含有 1 个
TRAF 结构域,且其TRAF C区域高度保守,因而
推测 DjTRAF3 在涡虫体内也有类似作用机制。 同
时,笔者通过 DIG labeling RNA 探针和原位杂交
技术确定了 Djtraf3 基因在涡虫整体的具体位置和
在不同再生阶段的表达位置,结果显示,Djtraf3 在
涡虫成体及不同再生阶段均一致表达于整个肠
上,因而推测其参与涡虫的先天免疫,是涡虫免疫
信号通路中的一个调试蛋白,抵抗外界病原微生
物的入侵。
94  第 2期 范晓静等:东亚三角涡虫 Djtraf3基因的时空表达模式
Gallus gallus (TNF receptor⁃associated factor 3 isoform X18,XP_421378􀆰 1);Cyprinus carpio (TNF receptor⁃associated factor 3,ADZ55454􀆰 1);
Danio rerio(TNF receptor⁃associated factor 3,NP_001003513􀆰 1);Xenopus (Silurana) tropicalis (TNF receptor⁃associated factor 3,
XP_002938036􀆰 2);Bos taurus (TNF receptor⁃associated factor 3,NP_001192515􀆰 1);Canis lupus familiaris
(TNF receptor⁃associated factor 3,XP_003435113􀆰 1);Ciona intestinalis (similar to tumor necrosis factor receptor⁃associated factor 3,
XP_002123819􀆰 1);Drosophila yakuba (TNF receptor⁃associated factor 3,EDX01918􀆰 1);Dugesia japonica(TNF receptor⁃associated
factor 3,lcl | 143849);Geospiza fortis (TNF receptor⁃associated factor 3,XP_005417954􀆰 1);Homo sapiens (CD40 binding protein,
AAA56753􀆰 1);Loxodonta africana (TNF receptor⁃associated factor 3,XP_003408652􀆰 1);Microtus ochrogaster (TNF receptor⁃associated
factor 3,XP_005343624􀆰 1);Pteropus alecto (TNF receptor⁃associated factor 3,XP_006925652􀆰 1);Rattus norvegicus
(TNF receptor⁃associated factor 3,NP_001102194􀆰 1)
图 2  DjTRAF3蛋白序列与其他代表物种的 TRAF3氨基酸序列比对
Fig􀆰 2  Alignment of amino acid sequences of TRAF3 proteins including DjTRAF3
05 生  物  加  工  过  程    第 13卷 
图 3  DjTRAF3和其他物种 TRAF3蛋白序列的系统进化树
Fig􀆰 3  Phylogenetic tree of DjTRAF3 and other animal TRAF3 proteins
图 5  Djtraf3基因在涡虫不同再生阶段中的表达模式
Fig􀆰 5  Expression patterns of Djtraf3 in regenerating planarians during different stages
图 4  Djtraf3基因在涡虫成体的表达模式
Fig􀆰 4  Expression patterns of Djtraf3 in adult intact
3  结论
研究发现,涡虫 TRAF3 属于 TRAF3 的原始类
型,可能在涡虫的天然免疫中发挥作用,对于丰富
TRAF3的进化意义以及进一步阐明其作用机制、攻
克相关疾病提供了依据和方向。
15  第 2期 范晓静等:东亚三角涡虫 Djtraf3基因的时空表达模式
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(责任编辑  荀志金)
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(责任编辑  周晓薇)
25 生  物  加  工  过  程    第 13卷