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重组日本鳗鲡生长激素及其对早期幼虫的影响

期刊:General and Comparative EndocrinologyDOI:10.1016/j.ygcen.2022.113977

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告:


主要作者及机构
本研究由Ryusuke Sudo、Yutaka Kawakami、Kazuharu Nomura、Hideki Tanaka和Yukinori Kazeto等人共同完成。研究团队分别来自日本水产研究与教育机构的Minamiizu和Nansei研究站,以及近畿大学水产研究所。该研究于2022年1月20日在线发表在《General and Comparative Endocrinology》期刊上。

学术背景
本研究属于鱼类内分泌学领域,重点关注生长激素(Growth Hormone, GH)在鱼类早期发育阶段中的作用。生长激素通过GH-胰岛素样生长因子-I(IGF-I)轴调控鱼类的体细胞生长。日本鳗鲡(Anguilla japonica)的早期幼虫阶段(leptocephalus stage)具有独特的形态和代谢特征,但其内分泌调控机制尚未完全阐明。研究团队旨在通过重组日本鳗鲡生长激素及其对早期幼虫生长的影响,探索GH在鳗鲡幼虫发育中的调控机制。

研究目标
本研究的主要目标是:(1)利用HEK 293和CHO表达系统生产重组日本鳗鲡生长激素,并评估其生物活性;(2)通过短期和长期喂养实验,研究重组GH对鳗鲡幼虫体细胞生长的影响;(3)通过定量实时PCR(qPCR)分析GH、GH受体(GHR1和GHR2)、IGF-I和IGF-II的mRNA表达水平,进一步揭示GH-IGF轴的调控机制。

研究流程
研究分为以下几个主要步骤:

  1. 重组GH的生产与纯化

    • 利用HEK 293和CHO细胞表达系统生产重组日本鳗鲡GH,包括无C末端肽(CTP)的GH和带有CTP的GH(CTP-reGH、reGH-CTP和reGH-CTP×2)。
    • 通过亲和层析法纯化重组GH,并使用SDS-PAGE和Western blot分析其纯度和分子量。
  2. 喂养实验

    • 实验1:将重组GH(CTP-reGH)加入人工饲料中,分别以低浓度(0.01 mg/g)和高浓度(0.1 mg/g)喂养鳗鲡幼虫,评估其对生长和存活率的影响。
    • 实验2:比较两种重组GH(reGH-CTP和CTP-reGH)对幼虫生长的影响。
    • 实验3:评估三种重组GH(reGH、reGH-CTP和reGH-CTP×2)对幼虫生长的促进作用。
    • 实验4:长期喂养reGH-CTP×2,观察其对幼虫生长和GH相关基因表达的影响。
  3. 基因表达分析

    • 使用qPCR技术分析GH、GHR1、GHR2、IGF-I和IGF-II的mRNA表达水平,探讨GH对GH-IGF轴的调控作用。

主要结果
1. 重组GH的生产与纯化
- 成功生产并纯化了四种重组GH,分子量分别为23 kDa(reGH)、30-36 kDa(reGH-CTP)、26-32 kDa(CTP-reGH)和37-44 kDa(reGH-CTP×2)。
- 带有CTP的重组GH分子量增加,可能是由于CTP的O-糖基化作用。

  1. 喂养实验结果

    • 实验1:高浓度重组GH显著促进幼虫体细胞生长,而低浓度组与对照组无显著差异。
    • 实验2:reGH-CTP和CTP-reGH均显著促进幼虫生长,其中reGH-CTP对体深的促进作用更为明显。
    • 实验3:reGH-CTP×2对幼虫生长的促进作用最强,其次是reGH-CTP和reGH。
    • 实验4:短期喂养reGH-CTP×2显著促进幼虫生长,但长期喂养后与对照组无显著差异。
  2. 基因表达分析

    • 短期喂养重组GH后,GH、GHR1和IGF-I的mRNA表达水平显著降低,而IGF-II的表达无显著变化。
    • 长期喂养后,所有基因的表达水平与对照组无显著差异。

结论
本研究成功生产了重组日本鳗鲡GH,并证实带有CTP的重组GH在短期内显著促进鳗鲡幼虫的体细胞生长。其中,reGH-CTP×2的促进作用最强。然而,长期喂养重组GH后,其生长促进作用消失,可能是由于幼虫对GH刺激的适应性反应。此外,重组GH的短期喂养显著降低了GH、GHR1和IGF-I的mRNA表达水平,表明高剂量外源GH可能对内源生长相关基因的表达产生负反馈调控。

研究意义
本研究为探索GH在鳗鲡幼虫发育中的调控机制提供了重要工具,并揭示了CTP在延长GH生物活性中的作用。研究结果不仅增进了对GH-IGF轴调控机制的理解,还为水产养殖中GH的应用提供了理论依据。

研究亮点
1. 成功利用HEK 293和CHO细胞表达系统生产了多种重组日本鳗鲡GH,并验证了其生物活性。
2. 首次系统评估了带有CTP的重组GH对鳗鲡幼虫生长的促进作用,揭示了CTP在延长GH半衰期中的关键作用。
3. 通过qPCR技术深入分析了GH对GH-IGF轴的调控机制,为GH在鱼类发育中的作用提供了新的见解。

其他有价值的内容
本研究还探讨了重组GH对鳗鲡幼虫存活率的影响,发现GH喂养并未显著提高幼虫存活率,提示GH可能不直接参与免疫系统的调控。这一发现为进一步研究GH在鱼类免疫系统中的作用提供了方向。


以上是对该研究的全面报告,涵盖了研究背景、流程、结果、结论及其科学意义。

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