【摘 要】
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镍在地球中的含量仅次于硅、氧、铁、镁,位居第五位。随着镍在工业生产上和人类生活中的广泛应用,环境中镍污染已经成为国内外研究的热点问题。尽管镍在自然界中分布很广,但在人体内含量却极微,过量的镍会对生物体造成了严重的毒害作用。镍在能量代谢和氮循环中起着重要作用,是生物体生长发育的必需元素。在原核生物中镍离子作为多种酶的辅因子已经有较为全面的研究,但在真核生物中镍的代谢机制并不清晰,有待进一步解析。因此
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镍在地球中的含量仅次于硅、氧、铁、镁,位居第五位。随着镍在工业生产上和人类生活中的广泛应用,环境中镍污染已经成为国内外研究的热点问题。尽管镍在自然界中分布很广,但在人体内含量却极微,过量的镍会对生物体造成了严重的毒害作用。镍在能量代谢和氮循环中起着重要作用,是生物体生长发育的必需元素。在原核生物中镍离子作为多种酶的辅因子已经有较为全面的研究,但在真核生物中镍的代谢机制并不清晰,有待进一步解析。因此对于镍的代谢研究,无论是从生命机理本身还是解决实际镍的环境污染问题都具有重大意义。本课题以真核生物酿酒酵母细胞作为研究模型,利用分子生物学和遗传学的方法研究镍离子的代谢机制。通过高镍培养产生自发突变菌株并进行全基因组测序,用生物信息学的方法分析筛选出与镍代谢相关的基因,对其与镍的相互作用机制进行阐明。突变体基因组测序表明MTM1基因敲除菌株(mtm1?)在高镍条件下的生长显著优于野生型菌株,过量表达则表现出对镍的敏感性。镍处理测定结果表明MTM1基因敲除菌株内镍的含量与野生型相比无显著差别,而敲除株线粒体的镍含量则显著低于野生型菌株水平。体内实验证明镍离子能够恢复含锰超氧化物歧化酶(SOD2)的活性,体外处理一样能够恢复其活性。q RT-PCR和β-半乳糖苷酶报告基因实验结果显示mtm1?菌株SOD2 m RNA表达水平高于野生型水平,镍处理则降低SOD2 m RNA表达水平。MTM1基因敲除导致细胞体内氧化压力升高,但环境氧化压力并不影响mtm1?菌株对镍的抗性。蛋白印迹法结果表明过量镍离子处理显著降低Mtm1蛋白的稳定性,而绿色荧光蛋白GFP标记法显示镍离子并不改变Mtm1蛋白在细胞内的定位。本论文研究结果证实了酿酒酵母细胞中MTM1基因调节镍离子在线粒体中的分布,并且镍离子能够恢复SOD2的活性,从而使mtm1?菌株对镍离子表现出高抗性。同时过量镍离子并不改变Mtm1蛋白在细胞内的定位,但显著降低Mtm1蛋白的稳定性。我们的研究首次发现了在真核生物中MTM1基因参与镍的代谢平衡并为治疗镍离子代谢相关疾病提供理论依据。
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