七鳃鳗中含LRR基序分子的生物信息学分析及VLR分子进化起源分析

论文摘要

适应性免疫系统是机体为了快速而有效的抵抗外源病原体入侵的极为有效的方式,是有颌类脊椎动物中普遍存在的免疫方式,也是有颌类脊椎动物在复杂的环境变化中得以生存繁衍的保障。目前普遍认为,有颌类脊椎动物具有Ig结构域的免疫球蛋白分子,这些分子在其适应性免疫反应中发挥决定性作用。从生物进化的角度来看,无颌类脊椎动物作为有颌类脊椎动物的祖先而存在。而七鳃鳗是现存最为古老的无颌类脊椎动物之一,也可以将其理解为有颌类脊椎动物的共同祖先。对七鳃鳗适应性免疫反应特征、免疫反应中重要的执行分子、免疫反应机制的研究,将丰富人们对适应性免疫的认识。因此,本文报道了无颌类脊椎动物七鳃鳗中发现的一种新型可变淋巴受体VLRs（variable lymphocyte receptors）。通过生物信息学的方法对七鳃鳗中发现的三类VLRs分子进行了一级氨基酸序列比对,发现它们的LRR-NT端,LRR-CT端存在较高的保守性,而VLRs分子的多样性是由中间插入的LRRV数量及种类不同而决定的,并预测了VLR分子的空间结构、柔曲度和疏水性特征。依据文献中获得的VLR胚系基因与成熟基因的比较,结合在七鳃鳗数据库中检索到的胞嘧啶脱氨酶基因,推测VLR胚系基因的成熟过程是由胞嘧啶脱氨酶所介导的。在VLR分子的LRR序列末端发现了保守的四个氨基酸残基GVFD,编码这一保守序列的核苷酸序列可能作为胞嘧啶脱氨酶的作用位点,通过某种特定的机制将分散于胚系基因两侧的LRRV连接起来,形成成熟的VLR基因。在对七鳃鳗中含有LRR结构分子的搜索过程中,发现了两类含有LRR结构域的分子:LaTLRA/B和血小板糖蛋白GPI,通过序列比对分析及进化树的构建确定了在无颌类脊椎动物中发现的这两类分子与高等脊椎动物中相应分子存在同源性并具有该家族分子的保守域。对七鳃鳗中含LRR结构域的氨基酸序列系统发育树的构建发现,VLRs家族可能由GPIBA进化而来。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 背景介绍
• 1.2 七鳃鳗的生态学和胚胎发育特征
• 1.3 七鳃鳗进入基因组时代
• 1.4 七鳃鳗免疫系统解剖学和系统发生学的研究进展
• 1.4.1 七鳃鳗发育过程中淋巴造血位点的改变
• 1.4.2 七鳃鳗是否具有胸腺
• 1.5 七鳃鳗中类淋巴细胞的出现
• 1.6 七鳃鳗中抗体存在的线索
• 1.7 免疫球蛋白超家族类分子在非脊椎动物中的发现
• 1.8 无颌类脊椎动物中特异性抗原识别分子——VLRs
• 1.9 结语
• 2 基于生物信息学的基因/蛋白质序列分析
• 2.1 生物信息学概述
• 2.2 分子进化过程的生物信息学分析的相关概念简介
• 2.2.1 序列比对（Sequence Alignment）
• 2.2.1.1 序列比对的基本概念
• 2.2.1.2 直系同源物与并系同源物
• 2.2.1.3 多序列比对
• 2.2.2 分子进化与系统发育分析
• 2.2.2.1 分子进化与分子钟假说（Molecular Clock）
• 2.2.2.2 系统发育树
• 2.2.2.3 构建系统进化树的方法
• （1） 基于算法和基于标准的建树方法
• （2） 基于距离和基于特征符的建树方法
• 2.2.4 应用生物信息学方法分析基因或蛋白分子的方法和步骤
• 2.3 生物信息学预测分子进化历程中存在的问题及发展前景
• 3 七鳃鳗VLRs 分子进化起源问题分析
• 3.1 引言
• 3.2 数据的获得
• 3.3 VLRs 序列的比对分析
• 3.3.1 VLRs 一级序列的比对分析
• 3.3.2 对LRRVs 序列保守性预测
• 3.3.3 对VLRs 序列的二级结构的分析
• 3.3.4 对VLRs 分子空间结构建模
• 3.3.5 VLRs 分子疏水性预测
• 3.3.6 VLRs 分子平均柔曲性分布情况
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 VLRs 数据的检索
• 3.4.2 VLRs 分子结构的预测
• 3.4.2 VLRs 分子疏水性的预测
• 3.4.3 VLRs 分子平均柔曲性分布预测
• 3.5 VLRs 序列保守性分析
• 4 无颌类脊椎动物VLRs 分子的形成机制
• 4.1 引言
• 4.2 VLR 胚系基因成熟的过程
• 4.2.1 T/B 淋巴细胞表面受体TCR/BCR 的形成机制
• 4.2.2 无颌类脊椎动物中VLRs 分子的可能形成机制
• 4.2.2.1 VLRs 的形成过程
• 4.2.2.2 七鳃鳗中执行胚系重排过程的关键分子——胞嘧啶脱胺酶
• 4.2.2.3 VLRs 形成过程的理论依据
• 4.3 结果与讨论
• 5 七鳃鳗中富含LRR 模块分子的归类分析
• 5.1 关于富含LRR 模块分子的介绍
• 5.2 七鳃鳗中富含LRRs 结构蛋白质数据的获得
• 5.2.1 数据的检索
• 5.2.2 七鳃鳗TLR-like 序列的生物信息学分析
• 5.2.3 对七鳃鳗血小板糖蛋白GPI 分子的分析
• 5.3 总结与讨论
• 6 七鳃鳗中含LRR 序列家族成员进化树的构建
• 6.1 数据的获得
• 6.2 进化树的构建
• 6.3 血小板糖蛋白受体
• 6.4 讨论
• 7 对VLR 分子起源与进化问题的讨论
• 7.1 背景知识介绍
• 7.2 适应性免疫系统的进化历程
• 7.3 VLRs 分子的起源与进化问题
• 全文总结
• 参考文献
• 附录
• 附录1 FASTA 格式的VLRs 氨基酸序列
• 附录2 七鳃鳗中TLR 分子氨基酸序列
• 附录3 构建TLR 系统发生树中TLR 分子的氨基酸序列
• 附录4 编码GPIX 的EST 序列及编码的氨基酸序列
• 附录5 编码GP1BA 的EST 序列及编码的氨基酸序列
• 附录6 编码GP1BB 的EST 序列及编码的氨基酸序列
• 附录7 血小板糖蛋白家分子的族氨基酸一级序列
• 附表8 LRRVe 保守序列
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢