两型极低密度脂蛋白受体的功能差异及其选择性剪接调控的研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hanzedong
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极低密度脂蛋白受体(VLDLR)属于低密度脂蛋白受体(LDLR)超家族。结构上由五部分组成。该受体存在第16个外显子(编码胞外O-linked糖链结合域)的选择性剪接,从而产生不同的亚型:含有O-linked糖链结合域的Ⅰ型受体;O-linked糖链结合域缺失的Ⅱ型受体。  过去认为,VLDLR的功能主要是摄取富含apoE的脂蛋白而参与甘油三酯的代谢,但近来对其功能有了新的认识:VLDLR不仅参与脂质的代谢,还可以结合多种配体,介导多种信息分子的跨膜转运及信号转导,从而产生多种生物学效应。如在神经细胞通过与信号分子Reln结合影响发育过程中的神经细胞的迁移和定位;组织因子途径抑制剂(TFPI)相互作用进行信号转导,以抑制细胞增殖;与uPA/PAI-1结合,在肿瘤细胞的浸润与转移中发挥作用;还可影响细胞的生长和分化。故VLDLR被称为是类似于“瑞士军刀”样的多功能受体。但是对两型受体的功能差异,特别是Ⅱ型受体的独特功能及其生物学意义的研究却无人涉猎。  两种VLDLR亚型的分布具有明显的组织细胞特异性:Ⅰ型受体主要分布于心脏和肌肉等组织;Ⅱ型受体主要分布于非肌肉组织,如肾脏、脾脏、肾上腺、睾丸、子宫、卵巢以及胚胎等。而且其表达与亚型分布在不同生理或病理情况下可发生改变。由此我们推断:两型VLDLR的分布特点可能与其各自的独特功能相关,与细胞的功能、病理变化相适应。相似的选择性剪接在LDLR也有发生:如LDLR中重复序列6缺失的选择性剪接产物表型患者,表现为严重的家族性高胆固醇血症。可见,不同选择性剪接造成的缺失产物对受体的功能可能有重要的影响。这种剪接产物在正常及病理条件下的生物学意义,也正受到广泛的关注。  VLDLR两种亚型是同一基因经过选择性剪接的产物,其在不同组织或同一组织不同病变过程中的差异性表达可能是受到某种机制调控选择性剪接的结果。但是,关于VLDLR选择性剪接的机制以及其可能的调控因子目前尚属未知。  本研究首先构建两型VLDLR的真核表达载体,然后选用几种可能影响VLDLR选择性剪接和表达的配体分子(IFN-γ、TNF-α、甲状腺素)及第二信使cAMP的类似物,初步探讨影响VLDLR选择性剪接的可能调控因子,以期阐明VLDLR选择性剪接的调控机制。  基于以上依据及目的,首先,我们采用RT-PCR方法克隆了中国人心肌全长Ⅰ型VLDLR,并在此基础上采用重叠延伸PCR方法扩增获得O-linked糖链结合域区缺失的Ⅱ型VLDLR cDNA;分别构建了Ⅰ型VLDLR和Ⅱ型VLDLR的真核表达载体pCD-VR-Ⅰ和pCD-VR-Ⅱ,并将Ⅰ型VLDLR基因与Ⅱ型VLDLR基因分别导入体外培养ldl-A7细胞后,筛选获得分别稳定表达Ⅰ型和Ⅱ型VLDLR的ldl-A7细胞细胞株。  进而,以前期研究已经建立的能分别稳定表达Ⅰ型和Ⅱ型VLDLR的细胞株以及瞬时高表达两型VLDLR受体的小鼠巨噬细胞系RAW264.7细胞为模型,利用两型VLDLR对VLDL和β-VLDL的结合和摄取能力以及在泡沫细胞形成中的作用进行比较,以期了解VLDLR不同亚型与配体的结合和摄取能力的差异,以及继发的细胞生物学效应。以此为例,初步了解VLDLR两种亚型的功能差异及生物学意义。实验结果发现:稳定表达Ⅰ型VLDLR的ldl-A7细胞结合和摄取125I-VLDL和125I-β-VLDL的量明显高于表达Ⅱ型VLDLR的ldl-A7细胞,二者对脂蛋白的结合和摄取量在一定范围内均显示时间和浓度依赖性,且均存在可饱和性。以VLDL温育细胞,脂质含量测定显示,表达Ⅰ型VLDLR的细胞中甘油三酯和总胆固醇的含量显著高于表达Ⅱ型VLDLR的细胞,其泡沫细胞形成显著。在瞬时转染不同VLDLR亚型的RAW264.7细胞中也得到同样的结果。上述结果提示,Ⅰ型VLDLR与VLDL、β-VLDL的结合和摄取能力明显高于Ⅱ型VLDLR;Ⅰ型VLDLR在脂蛋白代谢中的作用较Ⅱ型VLDLR更为主要;在泡沫细胞形成中Ⅰ型VLDLR发挥着主要作用。表明: O-linked糖链结构域可能在VLDLR与脂蛋白的结合中起着重要作用,缺失该结构域的Ⅱ型VLDLR与VLDL、β-VLDL的结合能力明显下降。在脂质代谢中,Ⅱ型VLDLR的作用不及Ⅰ型明显,推测它可能存在着其他方面的重要作用,值得进一步探讨。  最后,为探讨VLDLR选择性剪接的可能机制,我们以Ⅰ型VLDLR表达为主的RAW264.7细胞及Ⅱ型VLDLR表达为主的MKN45细胞作为模型;选用能影响VLDLR表达的因子或可与VLDLR相互作用的配体,如TNF-α,IFN-γ、甲状腺素,以及PKA信号途径激动剂(8-Br-cAMP),分别作用于细胞不同的时间,然后采用半定量RT-PCR以及Werstern Blotting技术,分别观察VLDLR两种亚型在mRNA水平和蛋白质水平表达的变化,并借以两型受体mRNA表达水平的变化差异,判断不同因子对VLDLR选择性剪接的影响。结果显示:(1)在mRNA水平,两种细胞均以Ⅰ型VLDLR mRNA为主,其中RAW264.7细胞Ⅱ型VLDLRmRNA表达微弱;而MKN45细胞Ⅱ型VLDLR mRNA表达亦较明显。在蛋白质水平,本室前期研究已发现,RAW264.7细胞主要表达Ⅰ型VLDLR,而未检测到明显的Ⅱ型VLDLR蛋白质的表达。两型受体蛋白在MKN45细胞中的表达以Ⅱ型VLDLR为主,而Ⅰ型VLDLR表达相对较弱。(2)甲状腺素在一定时间范围内可明显上调两型VLDLR mRNA或蛋白质的表达;两型VLDLR mRNA的比值在12小时以内,随着时间的延长逐渐上升,但在蛋白质水平,对两型受体表达差异的影响不显著。(3)8-Br-cAMP、IFN-γ以及TNF-α处理的细胞VLDLR mRNA的表达均出现下降趋势,且在一定范围内呈时间依赖性。两型受体mRNA表达水平的比值随时间延长逐渐降低。蛋白质免疫印迹技术显示,8-Br-cAMP, IFN-γ以及TNF-α均可显著抑制VLDLR蛋白质的表达,且对Ⅰ型受体蛋白质表达的抑制作用比Ⅱ型更显著。以上结果提示:多种因素可参与VLDLR的选择性剪接的调控:如甲状腺素可使VLDLR选择性剪接明显增强;8-Br-cAMP可显著减弱VLDLR的选择性剪接。炎性因子IFN-γ、TNF-α在转录过程中也发挥着一定的减弱VLDLR选择性剪接的作用。在VLDLR选择性剪接的调控过程中可能存在着信使cAMP参与的PKA信号转导途径。另外,MKN45细胞中两型VLDLR在mRNA和蛋白质水平的表达差异,以及上述因素对MKN45细胞中两型VLDLR mRNA和蛋白质表达差异的不同影响,均提示:从转录到翻译的过程中可能还存在着其他未知的机制调控着VLDLR的表达。  总之,本研究从选择性剪接产生的两种不同VLDLR亚型这一新的角度,进一步明确了两型受体的功能差异;并首次探讨了VLDLR选择性剪接的可能调控因子及其中的信号转导途径。这一实验成果为下一步深入系统地探索VLDLR选择性剪接的机制奠定了一定的实验研究基础;为进一步明确VLDLR亚型的功能以及其选择性剪接在AS及临床相关疾病发生发展过程中的作用作了有意义的补充;进而为临床相关疾病的防治,尤其是临床药物研制方面提供了有价值的理论参考和新的分子靶点。
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