drp-1及线粒体相关基因在线虫寿命调控中的功能研究

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目的:本实验以秀丽隐杆线虫为模式动物,通过正向遗传学的研究方法来筛选与线粒体动态变化相关的基因,并探讨这些基因在线虫中的功能。  方法:通过转基因技术,分别在线虫的特异神经元、表皮等组织中用GFP标记线粒体,建立了对于线粒体的活体观察模型。之后用EMS对其施以诱变,依据线粒体的形态和分布进行突变体筛选,获得线粒体异常的突变体。接着我们使用SNP标记对于突变进行遗传图谱定位。为了检测该基因的功能,我们通过改变环境条件,检测了drp-1突变体对环境压力的耐受程度以及对线虫产卵能力的影响。我们进一步分析了drp-1及其它线粒体相关基因与线虫寿命的关系。  结果:通过遗传筛选,获得了两个与线粒体动态变化相关的突变体,其中,ybq1可使线粒体出现超融合现象,而ybq3能够抑制ybq1引起的线粒体超融合现象。经过对这两个突变体进行遗传定位后,我们知道了ybq1是drp-1的突变体,ybq3的突变位点现在定位到第二号染色体-6~+4的位置。之后,我们还发现了drp-1的突变体中,线粒体的基质、拟核、DNA均出现了分布异常和数量减少的现象。接着,我们进一步对drp-1在线虫中的功能进行分析。结果表明,在抗胁迫能力方面,drp-1的突变体对高温表现为更加敏感,但是,对UV照射却具有一定的抵抗能力。在线虫产卵方面,drp-1的突变体导致了后代数量的大幅度下降;在寿命调节方面,drp-1的突变体具有更长的寿命,并且由0.1 mM PQ引起的ROS反应还能增加ybq1的寿命。当我们在野生型背景下过表达drp-1后,线虫寿命同样也会增加。此外,我们还检测了其它线粒体动态变化相关的基因是否与线虫寿命有关,结果是,fis-1(tm1867)和eat-3(tm1107)同样能增加线虫的寿命,但是前者经0.1 mM PQ处理后,寿命不再增加,而后者却可以。但是,fzo-1(tm1133)不能增加线虫的寿命。  结论:drp-1可以控制线粒体的分裂和线粒体组分的分布和数量,而ybq3对线粒体融合的调控过程可能是必需的;drp-1对寿命影响的原因是多方面的,不管其失活,还是过表达,都增加了线虫的寿命。此外,drp-1对寿命的影响不是由ROS反应引起的,但有可能与线虫在生殖方面和抗胁迫方面的能力有关;最后,fis-1、eat-3也影响线虫的寿命,但是两者的机制不一样。其中fis-1通过ROS反应来影响线虫的寿命,并且其对寿命的影响与线虫生殖能力无关,eat-3则不是通过ROS反应来实现对线虫寿命的调控。
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