Ipr1基因介导巨噬细胞凋亡的作用机制研究

Bovine tuberculosis (BTB) is a chronic animal-human infectious disease caused by the pathogen Mycobacterium bovis and poses a long-standing threat to human and livestock worldwide.The fact that Ipr1 limited proliferation of Mycobacterium bovis via switching necrotic to apoptotic death pathway has been proved in macrophages, however, the mechanism is unkown. This research is intended to understand the molecular mechanism of Ipr1 resisting Mycobacterium bovis by combining the genomic and moleculai biological technologies. Digital Gene Expression profiling and small RNA sequencing will be employed to screen the potential candidate gene and microRNA invovled in apopotosis, then verify the functions and uncover the relationship between Ipr1 and the candidate gene and microRNA, an Ipr1 mediated regulatory network will be generated. Finally, we will investigate the macrophages resistance of Ipr1 transgenic cows to validate the regulatory network. This research will provide new insights and solutions for tuberculosis therapy and disease-resistant transgenic animal studies.

牛结核是由牛分支杆菌和结核分支杆菌等结核分支杆菌复合群引起的一种人兽共患的慢性消耗性传染疾病，严重威胁人畜健康。Ipr1基因已经被证明能介导巨噬细胞以细胞凋亡的方式限制结核分支杆菌增殖，但其作用机制尚未被阐明。本研究拟结合转录组学与分子生物学技术研究Ipr1介导的巨噬细胞凋亡途径，以期阐明Ipr1抗结核分支杆菌的作用机理。首先进行表达谱和small RNA测序，筛选参与细胞凋亡信号通路的差异表达基因和microRNA作为候选基因，随后利用western blot, qPCR, RNAi和共免疫沉淀（COIP）技术研究候选基因和microRNA的功能及其与Ipr1的调控关系，借以绘制Ipr1参与的巨噬细胞凋亡转录调控网络。最后研究转Ipr1基因牛巨噬细胞对牛分支杆菌的抗性，验证绘制的信号调控网络。本研究将为结核病的预防和抗病转基因家畜育种研究提供依据和新思路。

结核病是由结核分枝杆菌引起的慢性传染性疾病，该病为人兽共患病，不仅对人类健康造成严重威胁，也给养牛业带来严重的经济损失。全球约三分之一的人感染结核分枝杆菌，但仅有约十分之一的感染者发展成活化肺结核，说明遗传因素对机体抗结核具有重要影响。位于小鼠1号染色体上的Ipr1基因被证明能抑制结核分枝杆菌和李斯特菌等胞内寄生菌增殖，并将感染的巨噬细胞从坏死转变为凋亡。Ipr1的人类同源基因SP110遗传多态性与结核易感性相关，荷斯坦牛SP110基因多态性也与结核易感性相关。这些结果表明Ipr1是宿主细胞抗结核的重要基因，阐明其抗结核的分子机制对于结核病的防治和抗病动物育种具有重要意义。但是，迄今为止，Ipr1介导巨噬细胞抗结核的机理尚不清楚。本研究结合高通量测序、生物信息分析和分子生物学等技术方法，分析了巨噬细胞中Ipr1蛋白调控的mRNA和miRNA，进而研究下游基因在Ipr1介导的巨噬细胞抗结核分枝杆菌过程中的功能。转录组测序结果表明Ipr1调控宿主细胞蛋白编码基因和miRNA表达模式，Ipr1调控的基因主要参与免疫反应、防御反应、调节细胞增殖、损伤应答、调控凋亡和死亡等生物过程。qPCR和ELISA等实验验证了Ipr1对调控细胞凋亡和免疫的基因Bmf、Pdcd1、Pdcd4、Tnf、Il10、miR-146a、miR-155、miR-125a、miR-21a和miR-99b的调控作用。比较差异表达基因揭示：一、Ipr1可能通过拮抗结核分枝杆菌诱导的基因，尤其是细胞因子和趋化因子，改变宿主细胞应对结核分枝杆菌感染原有的免疫反应，防止结核分枝杆菌逃避宿主细胞免疫反应；二、Ipr1可能通过调节宿主细胞免疫和细胞胁迫反应增强细胞抗结核能力，同时启动细胞凋亡信号以减少细菌扩散。此外，Ipr1调控多个免疫和凋亡相关的miRNA表达，说明miRNA在Ipr1介导的巨噬细胞凋亡过程扮演重要角色。进一步研究发现Ipr1通过下调miR-125a表达，增强后者靶基因Bmf的表达水平，从而促进细胞凋亡。综上所述，本研究通过对Ipr1下游调控基因的研究，初步阐明了Ipr1介导巨噬细胞凋亡的分子机制，本研究结果将为揭示Ipr1介导巨噬细胞抗结核的分子机理奠定理论基础。