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核仁因子Def负调控p53及其异构体△113p/△133p53的功能和分子机制

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摘要

缩略词表

第一章 前言

1.1 肿瘤抑制因子p53

1.1.1 p53的功能与激活

1.1.2 p53负调控因子

1.1.3 p53蛋白家族、异构体及结构域

1.1.4 核仁与p53信号路径

1.2 肝脏结构功能与发育

1.2.1 肝脏的形态结构及斑马鱼作为肝脏发育研究模型的优势

1.2.2 斑马鱼成肝细胞的起源与特化

1.2.3 斑马鱼肝脏的发育过程

1.2.4 肝脏发育的细胞分子机制

1.3 def基因及defhi429突变体

1.4 斑马鱼作为发育生物学和分子生物学研究模型的优势

1.5 本研究的内容、目的和意义

第二章 材料与方法

2.1 斑马鱼

2.1.1 斑马鱼品系及饲养

2.1.2 斑马鱼的交配及受精卵的收集

2.2 人类细胞系及其培养和转染

2.2.1 细胞系及其培养和冻存

2.2.2 细胞转染

2.3 大肠杆菌菌株

2.4 Morpholino和siRNA

2.5 抗体

2.6 蛋白酶抑制剂

2.7 DNA相关操作方法

2.7.1 基因克隆

2.7.2 DNA测序

2,7.3 质粒定点突变和基因内部特定片段的删除

2.7.4 斑马鱼和人类细胞系基因组DNA的抽提

2.7.5 斑马鱼胚胎原位细胞凋亡分析

2.8 RNA相关操作方法

2.8.1 斑马鱼胚胎及人类细胞系总RNA提取

2.8.2 总RNA样品中基因组DNA的消化

2.8.3 两步法RT-PCR(Reverse Transcription PCR,反转录PCR)

2.8.4 带帽mRNA的体外合成

2.8.5 Northern印记分析

2.8.6 斑马鱼胚胎整胚原位杂交(WISH)

2.9 蛋白质相关操作方法

2.9.1 抗体的制备与纯化

2.9.2 Western印记分析

2.9.3 抗体免疫荧光染色

2.9.4 免疫共沉淀

2.10 流式细胞分析

2.11 斑马鱼显微注射

2.12 斑马鱼胚胎消化器官表型或p53蛋白水平拯救实验

2.13 斑马鱼胚胎存活率分析

2.14 序列比对及进化树分析

2.15 常规培养基及化学试剂配方

2.16 本课题所用引物、Morpholino、siRNA序列以及不同浓度的SDS-PAGE凝胶配方列表

第三章 核仁蛋白Def影响斑马鱼18S rRNA前体剪接

3.1 Def蛋白系统进化分析

3.2 斑马鱼和人类Def均为核仁蛋白

3.3 斑马鱼defhi429突变导致18S rRNA前体累积

3.4 小结与讨论

第四章 斑马鱼defhi429突变导致p53和△113p53蛋白大量上调并累积在核仁

4.1 p53抗体的制备

4.1.1 斑马鱼△113p53抗原的表达和纯化

4.1.2 抗原免疫和抗体纯化、特异性评价

4.2 斑马鱼defhi429突变体中p53和△113p53蛋白表达大量上调

4.3 大量上调的p53和△113p53蛋白定位于斑马鱼defhi429突变体核仁

4.4 小结与讨论

第五章 斑马鱼Def选择性介导p53和△113p53蛋白的降解及其生物学意义

5.1 Def过表达选择性介导p53及其异构体△113p53蛋白的降解

5.2 Def介导p53蛋白降解的生物学意义

5.3 小结与讨论

第六章 斑马鱼Def介导的p53蛋白降解不依赖于Mdm2和蛋白泛素化降解途径

6.1 斑马鱼Def介导的p53和△113p53蛋白降解不依赖于Mdm2

6.2 斑马鱼Def靶向p53DNA结合域介导其降解

6.3 斑马鱼Def介导的p53蛋白降解不依赖于蛋白泛素化降解途径

6.4 小结与讨论

第七章 人类Def多态性呈现对p53/△133p53不同的降解活性

7.1 人类def基因多态性分析

7.2 hu-Def多态性呈现对p53/△133p53不同的降解活性

7.3 小结与讨论

第八章 Def与Calpain3共同介导p53降解

8.1 hu-Def通过Calpain3介导p53蛋白降解

8.2 hu-Def与CAPN3形成复合物

8.3 hu-Def或CAPN3表达下调介导的p53激活不依赖于RPL5和RPL11

8.4 CAPN3表达下调导致细胞G1期阻滞和细胞凋亡增加

8.5 斑马鱼CAPN3b与Def共同介导p53蛋白降解

8.6 小结与讨论

第九章 Def通过CAPN3a调控斑马鱼胚胎早期肝脏发育

9.1 CAPN3a而不是CAPN3b过表达能拯救def-MO引起的小肝脏表型

9.2 CAPN3a而不是CAPN3b表达下调影响斑马鱼胚胎肝脏发育

9.3 小结与讨论

第十章 结论与讨论

10.1 结论

10.2 讨论

参考文献

作者简介

致谢

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摘要

p53作为细胞内重要的转录因子和肿瘤抑制因子,其表达水平受到非常严格的调控。目前已知的最主要的p53负调控途径是26S蛋白酶体依赖的泛素化降解。此外,游离的20S蛋白酶体也能在特定情况下介导p53蛋白降解。然而,人们对于细胞内非蛋白酶体依赖的p53降解途径却知之甚少。△113p53/△133p53是以p53第四内含子为启动子启动表达的新的p53异构体,其转录表达依赖于p53,其功能是抑制p53诱导的细胞凋亡。但目前对△113p53/△133p53的负调控因子却一无所知。肝脏发育是一系列包括中胚层信号分子、内胚层信号分子以及肝脏特异性信号分子在内的不同时空表达的基因共同协作的结果,虽然已对其开展了大量研究,但肝脏早期发育的细胞与分子机制却远未清楚。
   本课题的研究首先发现斑马鱼和人类Def均定位于核仁,且斑马鱼Def影响18S而非28S rRNA前体的剪接。通过对斑马鱼defhi429突变体中p53和△113p53蛋白表达大量上调且聚集于核仁这一表型的跟踪研究和深入分析,我们发现斑马鱼和人类Def均能选择性介导p53及其异构体△113p53/△133p53的降解。进一步深入研究发现,Def介导的p53/△113p53/△133p53降解不依赖于目前已知的Mdm2和蛋白泛素化降解途径,而是依赖于半胱氨酸蛋白酶Calpain3(CAPN3)。Def与CAPN3能形成复合物,共同负调控核仁内的p53/△113p53/△133p53蛋白水平。Def或CAPN3表达下调均能激活细胞内的p53,且激活的p53蛋白水平不因RPL5或RPL11表达的同时下调而减少。此外,Def-CAPN3降解途径介导的p53蛋白降解在调节p53依赖的下游基因的表达、细胞周期、细胞凋亡和胚胎生存等方面均起到重要作用。
   除了和CAPN3共同介导核仁p53/△113p53/△133p53蛋白的降解,Def还能通过CAPN3a调节斑马鱼胚胎早期肝脏发育,提示Def是通过不同的路径,靶向不同的基因,来行使它的不同功能的。
   综上所述,本课题建立了Def-CAPN3-p53/△113p53/△133p53和Def-CAPN3a调控路径,分别在调节核仁p53/△113p53/△133p53蛋白水平和斑马鱼早期胚胎肝脏发育上起作用。此外,作为核仁蛋白,斑马鱼Def还在18S而非28S rRNA前体的剪接中起作用。我们的研究揭示了一个新的核仁蛋白Def是如何通过不同的作用路径,同时调控细胞内特定蛋白水平和斑马鱼胚胎早期肝脏发育的,研究结果将无疑会加深我们对核仁功能的理解,并帮助我们进一步了解包括消化器官在内的内胚层发育过程。

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