昆虫免疫系统中IMD信号通路的研究进展

先天免疫反应是昆虫抵御病原体入侵的第一道防线,IMD信号通路是昆虫正常免疫调控大多数抗菌肽基因表达的最重要途径,本文回顾了昆虫IMD信号通路最新文献,从肽聚糖识别蛋白种类和作用方式、Imd、dFADD和Dredd信号复合体形成与调控途径、Relish的激活和正调节因子等方面总结了IMD信号通路正调节作用机制。并系统总结了IMD信号通路负调节因子种类及作用方式,重点阐述了PGRPs负调节、泛素相关负调节和细胞核内负调节因子参与IMD信号通路负调控作用机制。本文为深入了解昆虫免疫应答通路分子机制提供了参考。

家蚕Toll和IMD信号通路重要基因对不同病原体感染的免疫响应

Toll和IMD通路是昆虫先天免疫的重要信号通路,抗菌肽的产生可以由这些通路激活。通过感染4种不同种类的病原体(球孢白僵菌、大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌),对家蚕Toll通路的BmTube、BmMyD88、BmTollip、BmECSIT、BmTRAF2和BmCactus基因,IMD通路的BmDredd、BmFadd、BmTAB2、BmTAK1、BmRelish1和BmRelish2基因以及4类不同抗菌肽(antimicrobial peptide,AMP)基因BmCecropinA1、BmAttacin1、BmDefensinA和BmGloverin1的表达进行分析,探讨家蚕在感染不同病原后Toll和IMD通路级联反应的免疫响应。结果表明,家蚕Toll和IMD信号通路级联反应基因表达调控与不同种类病原体感染相关;不同类型的病原选择性地激活Toll和IMD通路,进而诱导特定AMP基因的表达,AMP基因表达对细菌的免疫响应快,对真菌的免疫响应慢,其中BmCecropinA1表达强度显著高于其他类型AMP基因。

家蚕IMD信号通路对球孢白僵菌侵染的免疫应答反应

IMD(immune deficiency)信号通路是调控昆虫体液免疫反应的重要信号转导途径之一。通过分析家蚕感染球孢白僵菌后IMD信号通路相关因子的表达模式,抑制剂阻断IMD信号通路对家蚕幼虫存活率、血淋巴抗真菌活性和抗真菌肽基因表达水平的影响,以及RNAi沉默IMD信号通路对家蚕抗真菌肽基因表达水平的影响,以期明晰IMD信号通路在家蚕抗真菌免疫应答中的作用。试验结果表明,家蚕感染球孢白僵菌后,IMD信号通路相关基因Bmimd、Bmtak 1、Bmdredd、Bmfadd和Bmrelish 1的表达显著上调,说明球孢白僵菌侵染家蚕能够激活IMD信号通路。用特异性抑制剂Parthenolide阻断IMD信号通路会显著降低家蚕幼虫存活率和血淋巴抗真菌活性,说明家蚕IMD信号通路参与抗真菌肽的合成。用抑制剂阻断家蚕幼虫IMD通路后,家蚕脂肪体中抗真菌肽基因Bmenbocin 1、Bmattacin 1和Bmgloverin 2的表达水平显著下调,而Bmcecropin A和Bmsp 30K-19G1基因的表达水平变化不显著;RNAi沉默BmN细胞的IMD信号通路得到相同的结果,说明IMD信号通路参与Bmenbocin 1、Bmattacin 1和Bmgloverin 2等抗真菌肽基因的表达调控。以上结果说明家蚕IMD信号通路可能通过上调Bmenbocin 1、Bmattacin 1和Bmgloverin 2等抗真菌肽基因的表达水平,提高家蚕幼虫血淋巴抗真菌活性,在家蚕抗真菌免疫应答反应中起到重要作用。

中国明对虾Imd免疫信号通路相关基因克隆及表达分析

Imd免疫信号通路在无脊椎动物抗革兰氏阴性菌方面起到十分重要的作用。在已知中国明对虾Imd通路下游核转录因子Relish基因全长的情况下,利用同源克隆方法获得了Imd通路上游基因Imd的cDNA序列,命名为FcImd,该基因全长783bp,5’非编码区45bp,3’非编码区255bp,开放阅读框483bp,编码160个氨基酸,包括一个位于C端的死亡结构域。同源性分析表明,FcImd基因氨基酸序列与其他甲壳动物的氨基酸序列高度保守,与凡纳滨对虾和日本囊对虾的同源性分别为99%和88%。于鳗弧菌感染后的1,3,6,12,24,48,96,144h记录实验组和对照组的累积死亡率,并分别取血淋巴用于检测中国明对虾Imd及Relish基因在不同时间点的表达量变化情况。结果显示:鳗弧菌感染后,实验组Imd和Relish表达量均显著高于对照组(P<0.05),其中Imd表达量呈先升高后降低趋势,Relish表达量在1h时达到最高,然后呈逐渐降低趋势。中国明对虾感染鳗弧菌后Imd和Relish基因呈不同步上调表达,说明Imd和Relish基因的表达与弧菌刺激密切相关,提示Imd和Relish基因参与了对虾抗菌反应的Imd信号转导通路。

果蝇先天性免疫研究进展

果蝇是生命科学与人类疾病研究的重要模式生物,虽然不具有人类高度专一的获得性免疫,但也有对病原微生物感染作出快速有效反应的先天性免疫应答系统,主要包括体液免疫,细胞免疫和黑化反应。文章结合国外最新研究,详细介绍果蝇体液免疫中控制抗菌肽合成的Toll信号通路和Imd信号通路中涉及的蛋白及其相互作用,并对果蝇细胞免疫中的吞噬、包埋功能和黑化反应作简要阐述。研究表明,果蝇的Toll和Imd信号通路分别与人类的TLR4和TNRF-1信号通路存在着惊人的相似之处,说明果蝇与人类在免疫调控通路方面可能存在着共同的进化起源。

泛素-蛋白酶体系统在昆虫先天免疫中的调控作用

完善的先天免疫系统使得昆虫成为分布最广、适应性最强、物种多样性最丰富的动物类群。在长期的进化过程中,昆虫建立了一套安全有效的先天免疫系统,一方面在面对外界微生物攻击的时候及时有效的发生免疫应答反应;另一方面通过免疫抑制来调控适度免疫应答,避免对自身发动攻击和控制环境共生菌刺激引起的免疫应答信号通路的持续激活。泛素-蛋白酶体系统在昆虫先天免疫中具有重要的调控作用,在Toll和IMD信号通路中,通过对免疫应答通路中信号分子的泛素化修饰加工,促进或抑制抗菌肽的表达,从而使免疫反应达到一个平衡。本文通过对泛素-蛋白酶体系统在Toll和IMD信号通路中的免疫应答和免疫抑制方面的研究进行综述,阐明了该系统在昆虫先天免疫中的调控作用,将有助于开展农业害虫与其天敌之间相互关系的深入研究,揭示其免疫调控机理,为开发生物农药,进行生物防控提供理论依据。

斯氏按蚊肽聚糖识别蛋白基因PGRP-LC1的克隆及功能分析

天生免疫系统是昆虫抵御外界病原入侵的主要方式。目前研究发现,Imd信号通路与按蚊感染柏氏疟原虫Plasmodium berghei的强度密切相关,而PGRP-LC1是Imd信号通路最上游的受体之一。为了研究斯氏按蚊Anopheles stephensi肽聚糖识别蛋白PGRP-LC1,采用RT-PCR并结合RACE技术克隆斯氏按蚊PGRP-LC1基因,通过序列比较分析,得到两条cDNA序列,其开放阅读框分别为1365bp和1290bp,3′非编码区为320bp,5′非编码区为240bp。将两条cDNA分别命名为AsPGRP-LC1a(GenBank注册号GU214232)和AsPGRP-LC1b(GenBank注册号GU214233)。AsPGRP-LC1a编码454个氨基酸,分子量约为49.07kDa;AsPGRP-LC1b编码429个氨基酸,分子量约为46.3kDa。AsPGRP-LC1b比AsPGRP-LC1a少一个长度为75bp的外显子,该外显子在冈比亚按蚊Anopheles gambiae PGRP-LC1基因的某些可变剪切形式中也有发现。分别将两个斯氏按蚊PGRP-LC1基因在冈比亚按蚊细胞系L3-5和斯氏按蚊细胞系MSQ43中过量表达,通过双荧光素酶检测系统检测抗菌肽的表达情况,结果显示克隆得到的PGRP-LC1基因在两种细胞系中均能够启动Imd信号通路,为进一步研究斯氏按蚊的Imd信号通路提供了依据。

家蚕先天性免疫的研究进展

蚕桑生产是我国的传统优势产业,但蚕病却给养蚕业造成很大的损失。由于产业发展的需要,家蚕的免疫防御机制是人们长期关注的热点。家蚕虽然不具有人类高度专一的获得性免疫,但具有对病原微生物感染作出快速有效应答的先天性免疫系统。家蚕受到微生物的感染后,体内会合成抗菌肽,然后抗菌肽被分泌到血淋巴中去消灭病原体。其中,模式识别受体、免疫信号传导途径以及抗菌肽在体液免疫中起着非常重要的作用。

FADD形成淀粉样蛋白纤维及其在果蝇免疫信号传递中的作用

探究果蝇FADD(Fas-associateddeathdomain-containingprotein)淀粉样蛋白纤维的形成及对IMD(Immune deficiency)信号通路中信号传递的影响,有助于更清楚地了解昆虫先天免疫信号通路中的调节机制,为其他物种的免疫调控提供参考。通过原核表达纯化dFADD蛋白、硫黄素T结合和透射电子显微镜观察等鉴定dFADD在体外纤维的形成;通过构建dFADD真核表达载体,SDD-AGE检测、共聚焦显微镜观察等探究dFADD在果蝇S2细胞内纤维聚合物的形成;构建dFADD结构域突变体,检测纤维形成的关键结构域及对IMD信号传递的影响。结果表明,dFADD在体外和细胞水平上都能聚合形成淀粉样蛋白纤维聚合物;纤维的形成是由dFADD的DED(Death-effector domain)结构域决定的,当DED结构域缺失时,dFADD以单体形式存在;双荧光素酶报告系统的检测结果显示,dFADD只有形成纤维时,才能诱导下游抗菌肽的表达,表明纤维形成是IMD信号传递的关键。本研究揭示了dFADD通过形成淀粉样蛋白纤维参与IMD信号通路中介导IMD与Dredd级联传导的作用,进一步加深了对淀粉样蛋白纤维不仅在哺乳动物,也在昆虫的免疫信号通路中传递信号这一保守功能的认识。

昆虫肠道防御及微生物稳态维持机制

在长期的进化过程中,昆虫形成了独特的肠道防御系统,主要由物理屏障和免疫系统共同作用来抵御外来微生物的入侵。如大部分后生动物一样,昆虫肠道上皮细胞无时无刻不与微生物接触,其种类从有益的共生菌、随食物进入的微生物到影响宿主生命的病原菌。在这样一种复杂的环境中,为了实现防御肠道病原微生物的同时又能维持共生微生物稳定的目的,宿主肠道上皮细胞必须在免疫应激和免疫耐受之间保持一种稳态平衡。Duox-ROS免疫系统和免疫缺陷(immune deficiency,Imd)信号通路作为肠道免疫反应的基本途径,必然参与调节此过程。本文从昆虫肠道防御组成、肠道免疫信号通路作用分子机制以及肠道免疫系统在肠道微生物群落稳态维持中的作用的最新研究进展进行综述。

天然免疫系统新成员Akirin的研究进展

天然免疫系统是多细胞动物抵御细菌感染的第一道防线。Akirin是新近发现于果蝇中的天然免疫系统新成员,它在果蝇免疫缺陷(Imd)通路中发挥重要作用。Akirin同源基因广泛存在于从低等多细胞生物到高等脊椎动物中,进化上高度保守。已有的研究表明:Akirin在果蝇Imd通路和脊椎动物TLR通路下游,与NF-κB家族转录因子形成复合物,参与调控免疫相关靶基因的转录,是天然免疫调控机制中不可或缺的转录因子,其过表达或缺失直接影响动物对细菌的防御能力。近年来,Akirin在相关信号通路中的功能研究取得重大进展。该文对Akirin的结构、参与天然免疫的分子调控机制以及基因进化等方面进行综述。