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《天津大学》 2011年
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剪切力作用下红豆杉细胞机械信号转导和代谢适应机制研究

韩培培  
【摘要】:揭示剪切力对植物细胞作用的机理对植物细胞培养反应器的设计与放大以及优化操作具有重要价值,本文的研究策略:设计均匀流场特别是层流剪切场反应器培养红豆杉细胞,通过研究磷脂组变化规律,揭示磷脂在机械信号转导的作用;通过分析膜脂组成的变化规律,研究细胞膜在机械信号转导中的作用;通过研究小分子代谢组的适应性变化,探讨使植物细胞能够适应剪切力的防御机制;通过研究次生代谢产物的变化规律,探索提高紫杉醇及其它紫杉烷产量的方法。 基于LC/ESI/MS系统分析剪切力作用下红豆杉细胞磷脂分子变化,并运用偏最小二乘法等方法对数据进行信息抽提,发现PA和LysoPC变化最显著且含量明显增加,通过抑制剂实验发现剪切力能够激活PLC和PLD从而导致PA含量增加,表明磷脂信号参与了剪切信号转导过程,并对剪切力作用下磷脂相互转化传递剪切信号的机制进行了阐述。 基于LC/ESI/MS和GC-TOF-MS系统分析剪切力作用下红豆杉细胞膜脂(磷脂、脂肪酸、甾醇)组成的变化,发现膜组成在剪切力作用下存在有结构性磷脂含量降低、细胞以牺牲谷甾醇和菜油甾醇为代价增加豆甾醇的含量、豆甾醇/磷脂比例升高、单不饱和脂肪酸和超长链饱和脂肪酸含量增加等主要变化,表明了细胞膜为适应剪切力发生的改变,进而揭示了剪切信号转导的分子基础。 基于GC-TOF-MS系统分析剪切力作用下红豆杉细胞小分子代谢物变化,通过引入偏最小二乘法等方法,发现海藻糖、山梨糖醇、抗坏血酸、蔗糖和葡萄糖酸在剪切力作用下变化最显著。将所有代谢变化进行整合后发现剪切力抑制三羧酸循环、糖酵解和氮代谢等初级代谢途径的活性,细胞通过糖酵解途径和蔗糖代谢的共同诱导、积累相容性溶质及抗氧化等代谢调控措施来适应剪切环境,从代谢物水平上揭示了红豆杉细胞的剪切防御机制。 基于UPLC/Q-TOF MS和LC/ESI/MS系统分析剪切力作用下红豆杉细胞次级代谢产物变化,发现除了少数特定种类紫杉烷外,剪切力作用下细胞中紫杉醇、其生物合成路径中间体以及大部分未参与到紫杉醇合成路径的紫杉烷类物质,它们的含量都有不同程度的降低。剪切力对紫杉烷代谢的影响主要包括:剪切力干扰了GGPP环化生成紫杉二烯的过程;增加了紫杉二烯进行羟化和酰化修饰过程中发生错误的几率;不利于功能团环氧丙烷环的形成,从而揭示了剪切力限制红豆杉细胞生产紫杉醇的可能机理。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S791.49

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【参考文献】
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