田鼠巴贝斯虫醛酮还原酶BmAKR1和BmAKR2的鉴定及功能研究

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田鼠巴贝斯虫(Babesia microti)是一种寄生于哺乳动物红细胞的顶复门原虫,通过硬蜱传播,引起人兽共患巴贝斯虫病。巴贝斯虫对年老者、免疫力低下和免疫缺陷的宿主具有致死性,主要引起溶血、头疼、疲劳、发烧、颤抖和贫血等症状。目前,巴贝斯虫病的治疗方式主要是阿托伐醌+可奇霉素或奎宁+克林霉素联合用药治疗,存在副作用强、用药周期长的问题,迫切需要研制新的药物。醛酮还原酶(Aldo-keto reductases,AKRs)是一个大家族酶类,几乎存在于所有物种。AKRs有广泛的底物谱,常见的底物有醛、酮、单糖、醌类、类固醇和脂质过氧化产物等。AKRs具有重要的生理功能,其参与解毒,抗氧化反应和药物代谢等过程,是一类重要的药物靶标分子。  为了鉴定田鼠巴贝斯虫AKRs的功能,本研究通过对B.microti转录组数据库分析,筛选出两个B.microti AKRs基因的EST标签序列,利用3RACE和5RACE技术克隆两个全长AKR基因,命名为BmAKR1和BmAKR2。BmAKR1的ORF长2145bp,编码714个氨基酸,N端前19个氨基酸为信号肽,预测蛋白大小为83.5KDa,等电点为6.26,与BmicrotiRI株基因组比对显示BmAKR1含8个长约20bp的内含子。BmAKR2的ORF长2490bp,编码829个氨基酸,预测蛋白大小为96.0KDa,等电点为5.24,与B.microti RI株的基因组比对显示BmAKR2含4个长约20bp的内含子。将去掉信号肽序列的BmAKR1和BmAKR2编码区克隆到表达载体PGEX-4T-1上进行原核重组表达。N端带GST标签的BmAKR1融合蛋白(rBmAKR1)和BmAKR-HX融合蛋白(rBmAKR2-HX),分子量分别为109KDa和66KDa,与预测大小一致。重组蛋白经过亲和层析,免疫小鼠,制备抗体。Western Blot结果显示,使用抗rBmAKR1和抗rBmAKR2-HX的抗体,可以分别在感染B.microti的红细胞(iRBC)组看到一条约83.5 kDa和96KDa大小的条带,而未感染的对照组没有条带,说明抗体可以特异性的识别天然BmAKR蛋白,间接免疫荧光试验(IFA)的结果显示两个蛋白都亚细胞定位于B microti细胞核。使用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测不同感染时期小鼠血清,结果表明两个BmAKR都不是引起宿主免疫反应的虫体蛋白。实时定量PCR(RT-PCR)显示,在B microti感染宿主后第8天,BmAKR1相对表达水平最高。在B.microti感染宿主后第5天,BmAKR2相对表达水平最高。氧化应激实验中,使用150μM的H2O2处理iRBC,用流式细胞仪检测红细胞内ROS,与对照组相比实验组ROS水平显著上升;同时实验组BmAKR1相对表达水平是对照组的3倍,说明BmAKR与B microti的抗氧化有密切关系。为了研究AKRs与药物代谢的关系,使用四种抗原虫药物-氯苯胍、青蒿素、奎宁、阿托伐醌,作用于体外培养的B.microti。结果显示在氯苯胍和阿托伐醌的作用下,BmAKR1相对表达水平出现显著上调。氯苯胍引起BmAKR1相对表达水平上升具有剂量依赖性,而阿托伐醌的浓度变化对BmAKR1相对表达水平影响不大。青蒿素和奎宁组,BmAKR1相对表达水平没有出现明显变化。  总之,本研究克隆和鉴定了两个田鼠巴贝斯虫的BmAKR1和BmAKR2,定位于细胞核,二个酶分子的转录特征不同。氧化应激实验表明BmAKR1与虫体的抗氧化有一定关系,同时发现BmAKR1与氯苯胍和阿托伐醌的药物作用过程有关,这些发现表明BmAKR1是具有重要功能的分子,有进一步深入研究的价值。
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