生物进化标志：红细胞可变形性的获得及其膜结构蛋白基础

生命细胞的形态多样性是源于其功能的特殊性，不同种属动物红细胞的可变形性和形态都显示出较大的差异。那么红细胞可变形性在红细胞生物进化中有何意义？红细胞可变形性的演化与携氧功能有何联系？红细胞可变形性演化的膜结构蛋白变化分子基础等，都是值得探讨的科学问题。本研究拟研究哺乳类动物、鸟类和鱼类不同种属动物红细胞的生物力学可变形性；以红细胞膜结构蛋白spectrin、band3为标记分子，研究分析不同种属红细胞膜结构蛋白同源性；研究不同种属红细胞可变形性差异的膜结构蛋白基础；研究不同种属红细胞膜结构蛋白的原位分布变化；通过携氧动力学分析系统，研究不同种属红细胞携氧功能演化。通过上述研究，探索不同种属动物红细胞可变形性、形态和携氧功能演化的膜蛋白分子机制；从生物力学、生物进化和分子生物学等多学科交叉的新视角，探索红细胞可变形性获得在的红细胞生物进化演化中的重要作用。

本项目以比较生物力学和生物进化为基础，以红细胞膜结构蛋白spectrin、band3为标记分子，通过DNA基因文库、SDS-PAGE、免疫荧光和western blot analysis，分析不同种属红细胞膜结构蛋白同源性和保守性，用膜蛋白原位分析系统和共聚焦显微镜进行不同种属动物红细胞膜结构蛋白Spectrin、band3原位分析；原子力显微镜测定重建红细胞的变形性、膜粘弹性；研究鱼类、鸟类和哺乳类动物不同种属红细胞可变形性差异及其细胞膜蛋白分子结构基础。研究不同的动物为适应各自的生存环境在红细胞膜结构、力学特性和携氧功能上相应的演化，以及膜蛋白分子机制；通过携氧动力学分析系统研究不同种属红细胞携氧功能演化。.研究结果显示1..不同种属红细胞的力学特性有显著性差异，膜蛋白水平和组成对于不同种属红细胞形态和力学特性有重要的调控：哺乳动物红细胞拥有更加致密的膜蛋白网络系统分布，确保哺乳动物红细胞在更高血流切应力下，变形转运并穿越组织微循环的功能。.2..从有核红细胞到去核红细胞的进化过程中，膜结构蛋白组成发生很大的变化，与之相伴的是冷血动物红细胞向温血动物红细胞的演变；其特征就是温血红细胞可变形性的获得。.3..哺乳类动物（人、鼠）成熟红细胞膜蛋白十分丰富，由于去核效应，膜蛋白在细胞膜中网络结构也很完整，哺乳动物红细胞在更高血流切应力下转运并穿越更加狭窄的组织微循环。由高保守性的spectrin、actin等形成的类六边形平面拓扑学结构，以维持细胞膜的弹性；spectrin、actin在其他物种红细胞中也普遍存在；而由ankyrin、band 3、band 4.2等组成的驻点结构以实现细胞内外的输运通道，同时也起到网络平面的支撑作用，相关蛋白是随红细胞进化产生在膜结构蛋白中，这揭示哺乳动物红细胞双凹碟盘形态的形成与吐核过程均与膜蛋白不断地丰富有关。不同红细胞spectrin和band3膜蛋白同源性和保守性与进化的相关性；.4..建立了红细胞携氧-释氧功能的动力学分析评价系统，并用于研究不同物种红细胞在相适应环境中的携氧-释氧动力学功能分。.本项目将细胞力学、细胞生物学与生物进化有机地结合，对红细胞膜蛋白质构成、红细胞功能和结构的差异进行研究，探索不同种属动物红细胞可变形性、形态和携氧功能演化的膜蛋白分子机制，更为重要的是确定红细胞可变形性的获得在生物进化演化中的重要