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微重力对多头绒泡菌细胞周期、微丝及蛋白质组的影响

张晓先  
【摘要】: 空间环境极其复杂,主要包括:重粒子、强辐射、微重力、高真空、无昼夜变化等。其中,微重力环境可以对宇航员的免疫系统、骨骼系统及肌肉系统等产生影响,引起宇航员的许多病理变化,如:骨质疏松、脱钙、肌肉萎缩等。一些研究者认为,微重力条件下细胞周期的变化与这些疾病的产生可能有一定的相关性。为了研究空间环境中以上病症的机理及为太空试验的安全性找到相应的预防措施,我们利用同步化培养的多头绒泡菌为实验材料,探讨微重力对细胞周期的影响。 我们以微重力模拟仪中培养20h、40h、80h以及微重力处理40h后地面恢复培养72h的多头绒泡菌及其地面1g对照组为实验材料,通过常规染色的方法观察各个细胞周期的持续时间及细胞的形态变化情况。由于细胞周期的正常运行有赖于细胞骨架正常形态的维持,为了进一步研究微重力对细胞周期的影响,我们首先从细胞骨架的角度探讨微重力诱导G2期延长的原因。通过以上实验,我们选取微重力诱导40h的多头绒泡菌为实验材料,应用FITC-鬼笔环肽荧光染色技术,观察多头绒泡菌各个细胞周期在微重力条件下微丝的形态结构变化。同时,从蛋白质组的角度对多头绒泡菌的G2期延长的原因进行探讨,对微重力条件下培养40h的多头绒泡菌细胞周期各时期的蛋白质在等电点分布为3到10的图谱上进行了对比分析。 我们发现,除了G2期,其他各期的持续时间及细胞的形态结构与1g对照组比较没有明显的差异,出现如下变化:微重力模拟仪中培养1)20h后,G2期与对照比较延长约20min;2)40h后,G2期与对照比较延长约2h,且出现了一核多核仁的变化;3)80h后,G2期与对照比较延长约2h,且出现了一核多核仁的变化;4)40h且地面恢复培养72h后,G2期与对照比较没有变化。可见微重力具有延长细胞周期的效应,且这种影响经过地面恢复培养后是可以消失的。微重力模拟仪中培养40h后G2期微丝出现如下变化:呈弥散性分布,排列紊乱,微丝短小,且在某些区域聚集成团。其他各期微重力处理组与地面对照组比较,微丝无明显差异,即微丝分布均匀、排列规则、细长交织成网状。可见,微重力引起了多头绒泡菌G2期微丝细胞骨架的形态结构的变化。蛋白质双向电泳发现:S期处理组及其对照组分别检测到208和245个蛋白质点,处理组中特异表达的蛋白点有60个;G2期处理组及其对照组分别检测到200和231个蛋白质点,处理组中特异表达的蛋白点有72个;前期处理组及其对照组分别检测到188和231个蛋白质点,处理组中特异表达的蛋白点有64个;中期处理组及其对照组分别检测到192和220个蛋白质点,处理组中特异表达的蛋白点有47个;后期处理组及其对照组分别检测到186和218个蛋白质点,处理组中特异表达的蛋白点有58个;末期处理组及其对照组分别检测到196和225个蛋白质点,处理组中特异表达的蛋白点有45个。可见,微重力不仅引起多头绒泡菌G2期蛋白质组的变化,而且对其他各期的蛋白质组也产生了影响。 通过对多头绒泡菌在微重力条件下细胞周期持续时间、微丝的形态结构及蛋白质组的变化分析,为进一步研究微重力对细胞周期的作用机理打下了基础。本研究还可以为预防微重力条件下细胞周期相关疾病提供一定的理论依据。


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