鼠疫耶尔森氏菌YscW对小鼠巨噬细胞生物效应的研究

论文摘要

鼠疫是由鼠疫耶尔森氏菌（以下简称鼠疫菌）引起的一种烈性传染病,其流行给人类带来了巨大的灾难,因此对鼠疫菌致病机制的研究是做好鼠疫防控的重要切入点。鼠疫菌感染宿主引发致病是个复杂的多步骤过程。鼠疫菌在体内致病的关键环节是在巨噬细胞内的生存繁殖,该菌与巨噬细胞相互作用不仅不会被杀死,反而能够生存,并合成大量毒力因子,最终巨噬细胞破裂,释放出的鼠疫菌具备强大的抗吞噬能力,并为分泌毒力因子做好准备。因此,在感染早期,鼠疫菌在宿主巨噬细胞的生存与繁殖是鼠疫菌致病的一个重要环节。鼠疫菌的毒力之一是pCD1质粒编码的Ⅲ型分泌系统（type III secretion system, T3SS）,通过六个效应蛋白输入真核细胞从而打断宿主的防御机制。本研究以鼠疫菌T3SS注射小体结构蛋白YscW为研究对象,分析yscW基因缺失后对鼠疫菌毒力的影响;探究yscW突变株与互补株巨噬细胞效应;研究YscW蛋白是否会直接影响巨噬细胞生存及免疫调节功能;探讨YscW蛋白功能的可能机制。首先利用自杀质粒方法构建yscW突变株,在此基础上导入与鼠疫菌拷贝数接近的pACYC184-YscW的重组质粒构建互补株。LD50实验观察yscW对鼠疫菌致病性的影响,结果表明鼠疫菌缺失yscW基因,其致病性明显减弱;同时体外感染巨噬细胞,显微镜观察表明YscW影响巨噬细胞形态。进而构建小鼠腹腔感染模型,分析鼠疫菌野生株、yscW突变株与互补株对巨噬细胞生存的影响,体、内外实验证实yscW突变株明显降低巨噬细胞凋亡,而互补株恢复了突变株导致的凋亡改变。通过对凋亡的进一步分析,我们发现不同菌株间导致细胞凋亡的差异主要来源于细胞早期凋亡的改变,而对于晚期凋亡和细胞坏死无差异。此外,细胞周期的分析显示,三株菌无显著差异。同时,凋亡诱导关键蛋白Caspase-3的表达检测结果与三株菌感染后细胞水平凋亡变化相一致,从分子水平证实凋亡差异。然而过表达YscW至RAW264.7细胞后,实验组与对照组细胞凋亡与细胞周期间无显著差异,表明YscW并不是诱导细胞凋亡的直接效应蛋白。YopJ是鼠疫菌Ⅲ型分泌系统六个效应蛋白中唯一与细胞凋亡相关的蛋白,为了研究凋亡差异的机制,对三株菌YopJ分泌进行检测,结果表明yscW突变导致YopJ分泌减少。因此,鼠疫菌yscW突变株YopJ分泌减少是导致该突变株诱导细胞凋亡减少的机制之一。对于不同鼠疫菌株感染后巨噬细胞的功能改变进行深入研究,结果显示鼠疫菌YscW影响了巨噬细胞的免疫调节功能。吞噬功能、抗原提呈能力和细胞因子分泌是巨噬细胞的三大主要功能。以鸡红细胞作为靶细胞,分析不同菌株感染后巨噬细胞吞噬功能的变化,结果显示无论野生株、突变株还是互补株,感染后巨噬细胞的吞噬功能明显低于正常巨噬细胞,表明鼠疫菌感染后,宿主巨噬细胞吞噬功能降低;而感染鼠疫菌yscW突变株的细胞,与野生株和互补株感染比较,其吞噬功能又明显增强,说明yscW基因直接或间接的参与了病原菌调节宿主细胞的吞噬反应。进而过表达YscW的细胞,其吞噬功能明显低于对照组细胞,更直接的给出了YscW直接调节巨噬细胞吞噬功能的证据。巨噬细胞对OVA（卵白蛋白）抗原小肽的提呈能力通过混合淋巴细胞培养,T细胞增殖程度加以判定。结果显示突变株感染后的巨噬细胞抗原提呈能力明显高于同样条件下野生株感染的细胞,而过表达YscW的细胞其抗原提呈能力又显著低于对照组细胞,这些结果表明YscW直接影响了宿主巨噬细胞的抗原提呈能力。此外,感染后巨噬细胞及过表达细胞表面分子的检测,进一步证实YscW对细胞抗原提呈能力的影响。巨噬细胞体外感染鼠疫菌后,细胞分泌的TNF-α水平明显高于未受到细菌刺激的正常细胞;yscW突变株感染后巨噬细胞TNF-α分泌显著高于其它两株菌,表明yscW基因缺失巨噬细胞促炎症因子释放增多,从影响细胞因子分泌的角度研究了YscW的作用。上述研究结果首次表明,鼠疫菌Ⅲ型分泌系统的结构蛋白YscW直接参与到宿主巨噬细胞免疫调节反应中,干扰了细胞正常的生理机能。本实验室前期工作发现鼠疫菌YscW蛋白可能与巨噬细胞Rnf149蛋白存在相互作用,这就提示上述观察到的YscW巨噬细胞生物学效应是否与YscW和Rnf149的相互作用相关联。因此对两种蛋白相互作用的验证成为后续实验的基础。对于上述两种蛋白,利用分子克隆技术分别与多个表达载体相连,并通过镍柱和GS-4B柱进行蛋白的纯化,最终获得带有GST和His标签的两种蛋白。进而GST-Pull Down实验体外验证了YscW与巨噬细胞靶蛋白Rnf149结合,为进一步的体内验证奠定基础。本研究从整体、细胞、分子三水平上,确定鼠疫菌yscW突变株及互补株对原代小鼠巨噬细胞及RAW264.7细胞系生物学功能的影响,并对YscW蛋白本身的巨噬细胞免疫应答状态做出综合评价,特别是感染后或过表达后巨噬细胞的吞噬能力以及抗原提呈能力进行系统研究。在前期实验筛选到鼠疫菌YscW与巨噬细胞Rnf149可能存在相互作用的基础上,进一步验证两者相互作用,以期探究鼠疫菌III型分泌系统结构蛋白YscW的致病机制,对鼠疫菌结构蛋白的新功能研究具有重要的意义。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 本研究中的缩略语
• 前言
• 1 鼠疫的爆发、流行与危害
• 2 鼠疫菌研究概况
• 3 鼠疫菌与宿主细胞相互作用的研究
• 4 耶尔森氏菌YscW 蛋白研究进展
• 5 本研究的主要内容与技术路线
• 参考文献
• 第一部分 鼠疫菌yscW 突变株构建与毒力分析
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 3 结果与讨论
• 3.1 yscW 突变株与互补株构建
• 3.2 yscW 突变明显降低鼠疫菌对小鼠毒力
• 3.3 yscW 突变株的生长特性
• 3.4 yscW 突变株感染巨噬细胞后形态学变化
• 4 小结
• 参考文献
• 第二部分 鼠疫菌YscW 对宿主巨噬细胞死亡的影响
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 3 结果与讨论
• 3.1 小鼠感染模型的建立
• 3.2 分离小鼠巨噬细胞
• 3.3 野生型鼠疫菌感染后巨噬细胞凋亡变化
• 3.4 yscW 突变株感染后巨噬细胞死亡与细胞周期分析
• 3.5 体外感染RAW264.7 细胞与细胞凋亡分析
• 3.6 感染后巨噬细胞 Caspase-3 表达变化
• 3.7 RAW264.7 细胞过表达YscW
• 3.8 过表达细胞株细胞死亡分析
• 3.9 YscW 在诱导巨噬细胞凋亡中的作用
• 4 小结
• 参考文献
• 第三部分 鼠疫菌YscW 降低宿主巨噬细胞免疫调节功能
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 3 结果与讨论
• 3.1 感染后巨噬细胞吞噬能力变化
• 3.2 感染后巨噬细胞抗原提呈能力变化
• 3.3 感染后巨噬细胞表面标志变化
• 3.4 体外实验中,yscW 突变株明显抑制巨噬细胞免疫调节能力
• 3.5 YscW 直接参与巨噬细胞免疫调节
• 4 小结
• 参考文献
• 第四部分 鼠疫菌YscW 致病机制探讨
• 1 引言
• 2 材料与方法
• 3 结果与讨论
• 3.1 YscW 与Rnf149 蛋白的克隆、表达与纯化
• 3.2 YscW 与Rnf149 抗体制备
• 3.3 体外 GST-Pull Down 验证两种蛋白的相互作用
• 3.4 构建稳定表达YscW 的RAW264.7 细胞系
• 4 小结
• 5 进一步研究计划
• 参考文献
• 第五部分 鼠疫菌YscW 巨噬细胞生物效应小结
• 1 构建鼠疫菌 yscW 突变株与互补株
• 2 鼠疫菌 yscW 突变株明显降低对小鼠的毒力
• 3 鼠疫菌 YscW 通过减少 YopJ 分泌,导致宿主巨噬细胞凋亡变化
• 4 YscW 直接参与巨噬细胞免疫调节功能
• 5 鼠疫菌 YscW 与巨噬细胞 Rnf149 相互作用体外验证
• 综述
• 参考文献
• 博士在读期间发表与待发表论文
• 个人简历
• 致谢