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日本血吸虫是流行于东南亚的热带或亚热带地区及我国南方的人畜共患寄生虫。它能感染猪、牛、羊、狗、啮齿动物等多种哺乳动物和人,引起日本血吸虫病;因此我国对日本血吸虫病的防制投入了大量的人力和财力。50年的抗血吸虫病战役使我们获得了日本血吸虫病防制的三条经验:化学药物疗法、灭螺和防治宣传教育。不同的综合防制策略有效地抑制了日本血吸虫病在我国的发病率;但是这并不能根除日本血吸虫病在我国的流行。迄今为止,仍没有疫苗可用于防控日本血吸虫病;而抗吡喹酮血吸虫株的出现对我们仅依赖一种药物来防治该病提出了警示,说明急需开发新的药物和疫苗。
蛋白激酶调控生物体内包括DNA复制、转录、翻译、细胞周期进程等一系列细胞过程,许多蛋白激酶也是极其重要的药物靶标。根据结构差异,蛋白激酶分为真核蛋白激酶(ePKs)和非典型蛋白激酶(aPKs)。非典型蛋白激酶包括13个家族,RIO激酶是非典型蛋白激酶家族的一员。RIO激酶是ATP依赖的丝氨酸蛋白激酶,由Rio1、Rio2和Rio3三个成员构成。Rio1和Rio2存在于从古菌到人的各种生物体内,而Rio3仅存在于多细胞真核生物体内。古菌Rio1和Rio2的晶体结构分析发现RIO激酶都包含一个保守的RIO激酶结构域。酵母Rio1和Rio2的功能研究表明RIO激酶的主要功能是调控核糖体的生物合成和细胞周期进程。目前,没有研究吸虫RIO激酶的任何文章报道。因此,本课题对日本血吸虫Rio1和Rio2进行了以下方面的研究:
1)日本血吸虫Rio1和Rio2 cDNA全长序列的获得及相关生物信息学分析通过RACE技术获得日本血吸虫Rio1和Rio2蛋白编码基因cDNA全长序列。日本血吸虫Sj-rio1开放阅读框长1269bp,编码422个氨基酸;其编码区包含3个外显子和2个内含子,外显子分别长139bp、488bp和642bp,内含子的长度依次为3036bp和7188bp。而日本血吸虫Sj-rio2开放阅读框长1476bp,编码491个氨基酸;其编码区包含7个外显子和6个内含子,外显子分别长69bp、154bp、350bp、335bp、96bp、307bp、165bp,内含子的长度依次为38bp、154bp、36bp、4751bp、1406bp、2636bp。进化树分析结果显示日本血吸虫Sj-rio1和Sj-rio2与曼氏血吸虫同源序列亲缘关系最近,与线虫的亲缘关系比与哺乳动物的亲缘关系更近。序列比对分析发现日本血吸虫Sj-rio1和Sj-rio2均存在和其它同系物相似的保守结构域,不同的是日本血吸虫和曼氏血吸虫rio2的wHTH、磷酸结合位点(P-环)、Hinge、催化区的多肽序列比其他同系物在这些结构域的序列都要长。蛋白质性质预测表明日本血吸虫Rio1和Rio2蛋白均为无信号肽的球蛋白。
2)日本血吸虫Sj-rio1和Sj-rio2 mRNA的Northern杂交[γ-32p]ATP标记日本血吸虫Sj-rio1和Sj-rio2的特异DNA片段作为探针,并分别与固定在尼龙膜上的日本血吸虫总RNA进行杂交。Northern杂交结果显示,日本血吸虫Sj-rio1和Sj-rio2探针与尼龙膜上mRNA的杂交带均只呈现单一条带,表明日本血吸虫Sj-rio1和Sj-rio2 mRNA不存在可变剪接,即只有一个转录子。
3)大肠杆菌中表达日本血吸虫Rio1和Rio2蛋白分别将日本血吸虫Rio1或Rio2ORF全长序列插入pGEX-6P-1或pET32-a原核表达载体。获得了GST和6×His标签融合的重组Rio1或Rio2蛋白。生物信息学预测分析显示日本血吸虫Rio1的254-422位氨基酸和日本血吸虫Rio2的251-491位氨基酸的C-端序列特异性和抗原性均较高,因而我们表达并纯化了日本血吸虫Rio1或Rio2该段序列的截短蛋白。
4)日本血吸虫Rio1和Rio2多克隆抗体的制备及应用纯化后的Rio1或Rio2截短蛋白用弗氏佐剂乳化后免疫昆明小鼠,42天后处死小鼠收集血清,获得抗日本血吸虫Rio1或Rio2的多克隆抗体。ELISA检测结果表明,制备的多克隆抗体的效价均为3200;进一步通过Western blot验证目的蛋白多克隆抗体的免疫反应活性,发现所制备的多克隆抗体均能特异结合对应的目的蛋白。分别用抗日本血吸虫Rio1或Rio2的多克隆抗体免疫印迹日本血吸虫成虫总蛋白的Rio1或Rio2体内抗原分子,实验结果表明日本血吸虫中Rio1和Rio2低丰度表达。
本研究获得了日本血吸虫Rio1和Rio2蛋白激酶编码基因的全长cDNA序列;分析了日本血吸虫Rio1和Rio2基因的结构;克隆并表达了日本血吸虫Rio1和Rio2,制备了各自的多克隆抗体;其主要功能也可能是调控核糖体的生物合成和有丝分裂进程。这些研究为进一步深入研究RIO激酶在日本血吸虫中的功能奠定了基础。