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肽聚糖识别蛋白(peptidoglycan recognition proteins,PGRPs)是一类在先天性免疫系统中发挥重要作用的模式识别受体,因其对细菌细胞壁成分肽聚糖(peptidoglycan,PGN)的识别作用而命名为肽聚糖识别蛋白,其结构在从无脊椎动物进化到脊椎动物的过程中相当保守。本研究对草鱼(Ctenopharyngodonidella)的三类肽聚糖识别蛋白基因及其剪接异构体进行了克隆,并对健康草鱼组织以及诱导情况下基因的表达特性进行了详细分析。
通过RT-PCR、RACE-PCR以及Tail-PCR技术获得了草鱼gcPGRP2、gcPGRP6和gcPGRP5的cDNA全长和基因组序列。gcPGRP2基因组全长6397 bp,包含5个外显子和4个内含子,开放阅读框包含1452 bp,编码483个氨基酸,在N端具有一个推断的19个氨基酸的信号肽;gcPGRP6基因组全长2733 bp,包含5个外显子和4个内含子,开放阅读框包含1395 bp,编码464个氨基酸,在N端具有一个推断的22个氨基酸的信号肽;gcPGRP5基因组全长2302 bp,包含4个外显子和3个内含子,开放阅读框包含543 bp,编码180个氨基酸,在N端无预测的信号肽。氨基酸序列同源性比对发现草鱼的3个PGRPs在C端都具有一个保守的PGRP结构域以及酰胺酶酶活所需的一些保守位点。系统进化树分析表明,草鱼的3个PGRPs与斑马鱼的3个PGRPs亲缘关系最近。此外,还克隆获得gcPGRP2的3个剪接异构体gcPGRP2a、gcPGRP2b和gcPGRP2c,分别编码124、371和311个氨基酸;获得gcPGRP6的4个剪接异构体gcPGRP6a、gcPGRP6b、gcPGRP6c和gcPGRP6d,分别编码261、233、251和194个氨基酸;还克隆获得gcPGRP5的一个剪接异构体gcPGRP5a,编码149个氨基酸。将异构体与正常转录本序列进行比对,发现剪接现象主要发生在蛋白序列的中间,由1到多个外显子的缺失造成。
荧光定量PCR和Western blotting分析显示,gcPGRP2在健康草鱼的组织中呈组成型表达,在肝脏中表达量最高,其次是脾脏和肠,3个异构体表达规律和gcPGRP2一致,并且异构体gcPGRP2a在各个组织中的相对表达量最高,其次是gcPGRP2,gcPGRP2b在所有组织中的相对表达量最低。在草鱼腹腔注射PGN诱导后,和对照组相比,在肝脏中,gcPGRP2b表达上升最为明显,在12 h表达上升至最高,达到13.54倍,其次是gcPGRP2a,在12 h表达升至3.29倍;在皮肤中,gcPGRP2表达上升最明显,在15 h表达升至最高,为对照组的到29倍,其次是gcPGRP2a,在15 h表达升至10.59倍,gcPGRP2b表达无显著变化;而在脾脏中,gcPGRP2表达上升最为明显,在12 h表达升至最高,为对照组的107.9倍,其次是gcPGRP2a,在9h表达升至为对照组的24.57倍,gcPGRP2b和gcPGRP2c分别在12 h表达升至上调15.97倍和22.82倍。
荧光定量PCR、Western blotting和免疫组化分析显示,gcPGRP6也在健康草鱼的组织中呈组成型表达,在肠中表达量最高,其次是脾脏和肝脏。4个异构体表达规律和gcPGRP6基本一致,都是在肠、脾脏和肝脏中表达量最高;在肠、脾脏和肝脏中,gcPGRP6相对表达量最高,其次是gcPGRP6b;在皮肤、鳃和头肾中,异构体gcPGRP6d相对表达量最高,其次是gcPGRP6a;在体肾中,gcPGRP6相对表达量最高,其次是gcPGRP6d;在眼中,gcPGRP6d相对表达量最高,其次是gcPGRP6和gcPGRP6a;异构体gcPGRP6c在所有的组织中相对表达量最低。在草鱼腹腔注射LPS诱导后,gcPGRP6和4个异构体在鳃和皮肤中整体趋势都呈上调表达。在鳃中,gcPGRP6在24 h表达升至最高,为对照组的48倍;gcPGRP6b和gcPGRP6d在18 h表达升至最高,分别为对照组的77倍和41倍;gcPGRP6a和gcPGRP6c在15 h至24 h表达显著上调,并在18 h表达升至最高,分别为23倍和21倍;在皮肤中,异构体gcPGRP6c在3h至24 h表达显著上调,在15 h表达升至最高,为对照组的12倍;gcPGRP6和异构体gcPGRP6a、gcPGRP6b、gcPGRP6d在24 h表达显著上调,分别达到1149倍、427倍和1212倍;在LPS诱导后的脾脏中,和对照组相比,gcPGRP6与异构体gcPGRP6a、gcPGRP6b、gcPGRP6d在9h至12 h表达都显著降低,gcPGRP6c在24 h表达显著上调,而在其他时间段表达无显著变化。
荧光定量PCR分析显示,gcPGRP5在肠中表达量最高,其次是头肾、皮肤和脾脏。在草鱼腹腔注射PGN诱导后,gcPGRP5在脾脏、皮肤、肝脏和鳃中都有显著上调表达,在脾脏中,12 h表达升至最高,为对照组的3.26倍:在皮肤中,18 h表达升至最高,为对照组的5.21倍;在肝脏中,18 h表达升至最高,为对照组的7.79倍;而在鳃中15 h表达升至最高,为对照组的4.13倍。