秀麗隱桿線蟲揮發(fā)性信息素介導(dǎo)輻射旁效應(yīng)和適應(yīng)性反應(yīng)偶聯(lián)過(guò)程和機(jī)制研究.pdf

1、旁效應(yīng)和適應(yīng)性反應(yīng)是兩種典型的輻射非靶效應(yīng)。輻射旁效應(yīng)是指被輻照的細(xì)胞通過(guò)釋放信號(hào)因子誘導(dǎo)其鄰近細(xì)胞產(chǎn)生輻射反應(yīng)的一種現(xiàn)象，它的發(fā)現(xiàn)和研究拓展了傳統(tǒng)輻射生物學(xué)的靶向作用理論，對(duì)低劑量輻射風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、防護(hù)，以及腫瘤的放療策略產(chǎn)生了重要影響。輻射旁效應(yīng)的研究主要是在細(xì)胞水平開展的，并逐步延伸到三維組織和個(gè)體水平。近年來(lái)，個(gè)體間輻射旁效應(yīng)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注，并在虹鱒魚、斑馬魚、線蟲等動(dòng)物模型上得到證實(shí)，表明輻射效應(yīng)也能在群體或者生態(tài)層面上被“級(jí)

2、聯(lián)放大”。然而，當(dāng)前的研究主要集中在個(gè)體間液體環(huán)境中可溶性信號(hào)分子誘導(dǎo)的輻射旁效應(yīng)，并沒(méi)有關(guān)于揮發(fā)性旁效應(yīng)信號(hào)的相關(guān)報(bào)道。本論文以秀麗隱桿線蟲作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，研究線蟲揮發(fā)性信息素介導(dǎo)個(gè)體間輻射旁效應(yīng)和適應(yīng)性反應(yīng)偶聯(lián)的過(guò)程和相關(guān)機(jī)制，主要內(nèi)容如下:
　　一）線蟲個(gè)體間揮發(fā)性信號(hào)通訊實(shí)驗(yàn)體系的構(gòu)建
　　線蟲個(gè)體間的通訊信號(hào)既可以是可溶性物質(zhì)，也可以是揮發(fā)性物質(zhì)。在本論文中，我們專注于研究線蟲個(gè)體間揮發(fā)性信號(hào)分子的通訊，為此建立了一

3、個(gè)底—頂布局的共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)體系。在該實(shí)驗(yàn)體系中，受輻照的線蟲在底部培養(yǎng)皿正置培養(yǎng)（作為揮發(fā)性信號(hào)的供體），旁區(qū)群體的線蟲在頂部培養(yǎng)皿中倒置培養(yǎng)（作為揮發(fā)性信號(hào)的受體），上下培養(yǎng)皿（無(wú)蓋）通過(guò)paraffin膜密封，形成一個(gè)密閉的空間。在該密閉空間中，底部和頂部培養(yǎng)的線蟲并沒(méi)有直接的物理接觸，只能通過(guò)揮發(fā)性信號(hào)進(jìn)行相互通訊。該實(shí)驗(yàn)體系的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單，并能在不同的時(shí)間點(diǎn)實(shí)現(xiàn)受輻照線蟲和旁區(qū)線蟲的組合和分離。
　　二）線蟲個(gè)體

4、間輻射旁效應(yīng)的誘導(dǎo)和新型揮發(fā)性信息素的證實(shí)
　　本研究以線蟲胚胎致死率作為生物學(xué)檢測(cè)終點(diǎn)，研究底部線蟲受輻照對(duì)頂部線蟲的影響。研究發(fā)現(xiàn):對(duì)底部線蟲實(shí)行不同劑量的γ輻射并沒(méi)有直接影響改變頂部線蟲的胚胎致死率，然而，在共培養(yǎng)結(jié)束后再對(duì)項(xiàng)部線蟲實(shí)行一定劑量的γ輻射，相對(duì)于底部沒(méi)有經(jīng)歷輻照的線蟲共培養(yǎng)對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組線蟲表現(xiàn)出明顯的輻射適應(yīng)性。該結(jié)果不僅證明了線蟲個(gè)體間存在揮發(fā)性信號(hào)并能誘導(dǎo)輻射旁效應(yīng)現(xiàn)象，而且也在群體水平展示了輻射旁效應(yīng)和

5、適應(yīng)性反應(yīng)的耦合關(guān)系。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn):1）僅有L3期的線蟲能夠產(chǎn)生揮發(fā)性旁效應(yīng)信號(hào)，產(chǎn)生的過(guò)程可以持續(xù)10小時(shí);2)DNA損傷反應(yīng)(DDR)參與頂部線蟲輻射適應(yīng)性的誘導(dǎo)，作用的靶點(diǎn)是性腺遠(yuǎn)端有絲分裂區(qū)細(xì)胞;3）揮發(fā)性旁效應(yīng)信號(hào)的產(chǎn)生依賴于水溶性蛔甙信息素的代謝合成和相關(guān)神經(jīng)感知;4）揮發(fā)性旁效應(yīng)信號(hào)是一類新的線蟲揮發(fā)性信息素。
　　三）熱脅迫誘導(dǎo)線蟲旁效應(yīng)信號(hào)的產(chǎn)生
　　為了證明線蟲這類揮發(fā)性信息素的誘導(dǎo)具有廣譜性，本研究

6、對(duì)共培養(yǎng)體系中底部的線蟲實(shí)行熱暴露處理，發(fā)現(xiàn)熱脅迫同樣可以誘導(dǎo)頂部線蟲產(chǎn)生輻射適應(yīng)性反應(yīng)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)底部線蟲實(shí)行高密度培養(yǎng)也能啟動(dòng)頂部線蟲的輻射適應(yīng)性反應(yīng)，表明這類揮發(fā)性信息素的誘導(dǎo)因子具有一定的廣譜性。進(jìn)一步的研究表明:1)熱脅迫在L2、L3、L4和成蟲期的線蟲中都能誘導(dǎo)產(chǎn)生揮發(fā)性旁效應(yīng)信號(hào);2）在頂部線蟲中，DDR通路同樣參與熱脅迫誘導(dǎo)的輻射適應(yīng)性反應(yīng)，不同的是其作用靶點(diǎn)在性腺遠(yuǎn)端的有絲分裂和減數(shù)分裂區(qū)細(xì)胞;4）與γ輻射不同，熱脅迫

7、誘導(dǎo)線蟲揮發(fā)性旁效應(yīng)信號(hào)的產(chǎn)生不依賴蛔甙信息素的代謝合成，而受熱敏感神經(jīng)元AFD和熱休克因子HSF-1及HSPs的調(diào)控。
　　四）輻射和熱誘導(dǎo)線蟲揮發(fā)性旁效應(yīng)信號(hào)的產(chǎn)生和作用過(guò)程對(duì)比分析
　　上述實(shí)驗(yàn)證明了一類新的線蟲揮發(fā)性信息素（旁效應(yīng)信號(hào)）的存在。然而由于線蟲揮發(fā)性信息素的研究剛剛起步，目前還沒(méi)有可供參考的分離、分析方法。在本研究中，我們嘗試使用GC-MS對(duì)其化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，但是未能得到理想的結(jié)果。為此，我們對(duì)輻射和熱

8、脅迫誘導(dǎo)揮發(fā)性信息素的產(chǎn)生和作用過(guò)程進(jìn)行了對(duì)比分析，為尋找合適的分離、分析方法，進(jìn)一步明確該類信息素的化學(xué)和代謝特性提供線索。依據(jù):1）輻射和熱脅迫誘導(dǎo)線蟲產(chǎn)生的揮發(fā)性旁效應(yīng)信號(hào)依賴不同的上游代謝和信號(hào)通路;2）輻射和熱脅迫誘導(dǎo)不同發(fā)育時(shí)期的線蟲產(chǎn)生揮發(fā)性旁效應(yīng)信號(hào);3）輻射和熱脅迫誘導(dǎo)線蟲產(chǎn)生的揮發(fā)性旁效應(yīng)信號(hào)在頂部線蟲生殖腺中的作用靶點(diǎn)不同。推論:1）輻射和熱脅迫可能誘導(dǎo)兩類不同的揮發(fā)性信息素，或者是兩種組分相同但比例不同的揮發(fā)性混