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马达蛋白在嘉庚蛸精子发生过程中作用的分子机制

王伟  
【摘要】: 嘉庚蛸(Octopus tankahkeei)隶属软体动物门、头足纲、八腕目、蛸科,是一种经济价值很高的渔业品种。目前,市场供应的嘉庚蛸主要依赖于自然海区捕获,人工育苗和养殖技术尚处于探索阶段,其受精生物学和发育生物学基础研究比较薄弱。精子发生是一个受基因调控的发育过程,起源于生精干细胞的精原细胞经过有丝分裂和减数分裂,经历一系列剧烈的形态重组,最终形成一个具有受精能力的成熟精子。有关嘉庚蛸的精子发生已经有了系统的形态学研究,但关于精子发生中的细胞结构重组和形态变化的内在分子机制尚不清楚。 微管是真核生物中细胞骨架结构的一种,与细胞内的许多生命活动密切相关。而驱动蛋白超家族是一类沿微管运输各种细胞必需的细胞器、蛋白复合体及生物大分子的马达蛋白,在物质转运和一些生理活动的调节方面起着重要的作用。KIFC1是一种向微管的负极运动的C-末端驱动蛋白,在精子顶体的形成和细胞核的形变过程中起着重要作用。 本研究中,我们根据不同物种中KIFC1的已知蛋白序列信息,利用简并PCR结合RACE的方法,证实了嘉庚蛸中确实存在一种与KIFC1具有很高同源性的马达蛋白(KIFC1类似物),并获得了其基因的cDNA全长(ot-kifc1)。此cDNA全长2229bp,其中ORF1992bp,编码663个氨基酸。这种蛋白含有假定的ATP结合位点和微管结合位点,与人的KIFC1、大鼠的KIFC1、小鼠的KIFC1以及非洲爪蟾的XCTK2分别有40%,41%,39%和41%的相似性。RT-PCR结果表明,ot-kifc1在精巢、鳃和肝胰脏中有不同程度的表达,在其他检测的组织中则不表达。精子形成过程中mRNA的原位杂交分析表明:早期精细胞中此基因还没有转录;中期精细胞中基因开始转录,且mRNA会在尾部富集;后期精细胞中基因转录物的丰度达到最高;末期精细胞中mRNA除了分布在尾部,还会在特定时刻聚集在细胞的一端;成熟精子中基因不再表达。免疫荧光观察发现,一种核孔复合体蛋白NUP62在精子发生的各个阶段均有表达,存在于细胞核内或核膜上,并且与KIFC1类似物的动态分布存在高度的重叠。 因此,ot-kifc1在精子形成过程中特定阶段的表达以及KIFC1类似物与NUP62分布位置上的动态相关性暗示着这种马达蛋白在一些重要的细胞结构重组过程中的潜在功能,而结合在微管上的KIFC1类似物很可能通过NUP62与细胞核膜上的大分子聚合体建立联系,在细胞核形变的过程中提供直接动力或者间接地起调节作用。


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