贻贝后闭壳肌-贝壳连接界面的生物粘附及其分子机制

The posterior adductor muscle and the shell of mussel are connected strongly by an attachment with high tensile. This attachment belongs to inorganic-organic adhesion and the high tensile of this attachment shed light on the study of artificial tendon and the connection between the artificial bones and muscles after transplantation. However, the molecular composition, structure, and the mechanism of muscle-shell attachment remain unclear so far. Thus, we chose Mytilus coruscus as model in this project for exploring the microstructure and molecular composition of posterior adductor muscle-shell attachment. Moreover, using molecular biology and biochemistry methods, we also screen the key proteins involving in muscle-shell attachment from Mytilus coruscus and study the role of target proteins in adhesion between muscle and shell. Based on these results, a liking model of muscle-shell attachment will be constructed and this project will provide bionics for artificial tendon and artificial bones.

贻贝后闭壳肌与贝壳之间存在紧密的连接，该连接界面属于一种典型的无机相-有机相生物粘附界面，具有极高的连接强度。该界面的连接机制对于人造骨骼移植后与肌肉之间的连接以及人工肌腱的开发具有重要参考价值。但是目前对于后闭壳肌-贝壳连接界面涉及的分子组成、结构以及连接机制尚不清楚。因此，本项目以厚壳贻贝为研究对象，通过分子生物学，生物化学，生物物理学，生物力学等手段，重点在贻贝后闭壳肌-贝壳连接界面的微观结构、生物大分子组成及定位、参与连接的关键蛋白筛选、以及关键蛋白及其相互作用对该界面的作用及影响等四个方面开展研究，阐明闭壳肌-贝壳连接界面的结构特征和分子组成及其连接机制，建立该界面的分子连接模型，为开发以贝壳为材料来源的人造骨骼以及人工肌腱提供仿生学依据。

本项目以贻贝为研究对象，致力于探讨贻贝贝壳-后闭壳肌连接界面的关键蛋白以及连接机制，为基于贻贝贝壳基质蛋白的生物材料研发提供科学依据。本项目分别从贻贝贝壳的微观结构，贝壳基质蛋白组学，贝壳-后闭壳肌连接界面关键蛋白分子的结构与功能等方面开展研究，探明了不同贻贝属贝壳的微观结构差异，贻贝贝壳不同层次的蛋白质组成，贝壳-后闭壳肌连接面的分子组成与分布特征；对参与贝壳-后闭壳肌连接界面的关键蛋白分子开展了基因和蛋白分子定位，分子结构与功能，蛋白相互作用网络研究，揭示了贻贝贝壳在后闭壳肌痕部位的肌棱柱层与后闭壳肌之间，以肌棱柱层特有的贝壳基质蛋白介导的可能连接方式，探讨了贝壳基质蛋白中PDZ结构域，vWA结构域和calponin结构域在贝壳-后闭壳肌连接界面的作用机制及其与肌动蛋白之间的相互作用，初步构建了碳酸钙-关键基质蛋白-肌动蛋白的连接模型。此外，本项目还研究了贻贝贝壳中的几丁质酶以及部分抗氧化蛋白的结构与功能，启动了厚壳贻贝和地中海贻贝的基因组全长测序。所获研究结果发表研究论文16篇，培养硕士研究生4人。上述研究一方面揭示了贻贝贝壳-后闭壳肌的连接机制；另一方面，针对肌棱柱层特有的贝壳基质蛋白的结构与功能研究，为探索贝壳的形成过程以及肌棱柱层的发生发展机制奠定了基础。