关键词:
奶牛乳腺炎
lncRNA BMNCR
bta-miR-145
ANO6
炎症应答
摘要:
奶牛乳腺炎的致病机制和防治技术是畜牧学研究的热点问题之一。多年来,从乳腺炎表型特征出发,探寻合理的管理技术和防治手段,虽取得了一定成效,但仍未能从根本上解决奶牛乳腺炎防治困难等问题。因此,从分子遗传角度,充分阐明奶牛乳腺炎发生、发展过程中关键信号分子的表达调控机制,开展抗性选育、开发靶向药物是当今奶牛遗传改良和乳腺炎防控的重要路径。本课题前期建立了金黄色葡萄球菌诱导的奶牛乳腺炎模型,并利用高通量测序技术筛选到一关键 lncRNABMNCR(Bovine Mastitis Related lncRNA),其在金葡菌诱导的乳腺炎中显著上调表达,提示BMNCR在奶牛乳腺炎发生发展过程中发挥着重要作用。在此基础上,本课题利用生物信息学预测发现BMNCR序列上存在一个bta-miR-145的结合位点,表明其可能通过竞争性结合bta-miR-145行使功能,同时预测了bta-miR-145与奶牛乳腺炎相关的靶基因,选择ANO6作为本研究的对象。利用双荧光素酶报告、EdU、流式细胞分析、qPCR和Western blot等多种现代分子生物学技术,从基因功能、表达调控、表观遗传等多层次阐明lncRNABMNCR调控bta-miR-145的分子机制,以及bta-miR-145通过靶基因ANO6调控乳腺炎发生发展的作用途径,揭示BMNCR、bta-miR-145和ANO6三者之间的调控关系,共同参与奶牛乳腺炎自体保护的分子机制。本研究的主要结果如下:1、BMNCR在奶牛乳腺炎中显著上调为鉴定到对乳腺炎起调控作用的ceRNAs,利用金黄色葡萄球菌感染奶牛构建乳腺炎模型,对奶牛金黄色葡萄球菌型乳腺炎和正常乳腺组织进行高通量测序,筛选差异表达的lncRNA。在奶牛金葡菌型乳腺炎的乳腺组织中,有283个lncRNAs表达量上调(p<0.05),346 个 lncRNAs 表达量下调(p<0.05)。本试验选取 lncRNABMNCR(Bovine Mastitis Related lncRNA)为研究对象,利用RT-qPCR检测金葡菌感染后乳腺上皮细胞中BMNCR的表达水平,进一步证明BMNCR在奶牛乳腺组织感染金葡菌后上调表达了约10倍。通过RACE技术扩增长链非编码RNABMNCR的5'和3'末端,结果表明BMNCR全长4206bp。生信分析定位BMNCR相关信息,结果显示BMNCR位于牛26号染色体TCF7L2的第三内含子上。在奶牛乳腺上皮细胞中敲低BMNCR,一些白细胞介素家族炎症相关细胞因子被调节,IL-2、IL-8表达极显著升高(p<0.01),IL-12表达显著升高(p<0.05),IL-6的表达显著降低(p<0.05),IL-1α的表达没有显著改变。实验结果说明BMNCR一定程度上能够降低白细胞介素家族炎症相关细胞因子的表达,抑制炎症的发生。通过EDU细胞增殖试验验证敲低BMNCR后会显著降低乳腺上皮细胞的增殖,流式细胞分析结果显示敲低BMNCR后促进牛乳腺上皮细胞凋亡,提示BMNCR在奶牛乳腺炎发生发展过程中发挥着重要作用。2、BMNCR 靶向 bta-miR-145高通量测序筛选出差异表达的miRNA,数据显示bta-miR-145在金葡菌诱导的奶牛乳腺炎中下调程度最大,提示bta-miR-145与乳腺炎的发生密切相关。通过RNAhybrid预测BMNCR和bta-miR-145之间的存在潜在结合位点,并进一步通过双荧光素酶报告验证了两者之间存在靶向关系,敲低BMNCR后bta-miR-145的表达显著增高。为了验证bta-miR-145的功能,在转染bta-miR-145 inhibitor后,牛乳腺上皮细胞中IL-1α、IL-2和IL-12表达水平显著降低(p<0.05),说明敲低bta-miR-145一定程度上抑制炎症的发生,并且敲低bta-miR-145后牛乳腺上皮细胞增殖显著提高,转染bta-miR-145 mimic抑制细胞增殖,促进细胞凋亡,说明其参与调节一些生物功能,包括细胞增殖和凋亡。3、bta-miR-145 靶向ANO6使用microRNA靶基因预测软件工具预测bta-miR-145的靶基因。由于本研究的重点是免疫功能或炎症,通过GeneCards和NCBI网站重点评估了 64个基因的功能和途径。最终选择了 1个与免疫或炎症相关的基因ANO6进行后续研究。通过双荧光素酶报告验证了 miR-145和ANO6两者存在结合位点,通过qPCR、EdU以及流式细胞分析验证ANO6有一定的抑制炎症作用,促进牛乳腺上皮细胞的增殖,抑制细胞凋亡,提示ANO6和乳腺炎的发生息息相关综上所述,BMNCR可以通过海绵bta-miR-145调节ANO6的表达,并影响牛乳腺上皮细胞的增殖和凋亡。基于ceRNA理论,我们在牛乳腺上皮细胞中构