整合素β2亚基在家蚕血细胞的增殖分化与免疫应答中的作用

Silkworm is a typical mode insect of Lepidoptera. Enhancing the ability of resisting the invasion of pathogens through improving the immune defense is a severe problem to be resolved. So far, the detail mechanism of integrin is still unclear. Our previous research had demonstrated that intβ2 was a surface marker of plasma cells and specific expressed in hemocyte. We also established intβ2-/- knockout silkworm. Here we will identify the α subunit of αxβ2 through mass spectrometry, the crystal structure, the type of bacteria and binding proteins. The regulatory network of proliferation and differentiation of cell or immune response will be analyzed through RNA-sequencing and bioinformatic analysis in intβ2-/-knockout silkworm. We try to identify the detail molecular mechanism of cell development and immune response. The key genes or signaling pathway will be screened and identified, and then the role of them will be further verified in vitro or in vivo. Through the research, a research model of native immune response will be established, and the proliferation and differentiation of hemocyte and immune response network will be characterized, which will provide a theoretical basis for insect antimicrobial defense.

家蚕是鳞翅目中典型模式昆虫，如何通过免疫途径提升防御能力是亟待解决的难题。迄今为止，家蚕中整合素的活化机理、参与免疫应答的调控机制尚不明确。前期研究发现intβ2在家蚕血细胞中特异性表达，是浆细胞特异性表面标记物；并且建立了intβ2-/-基因敲除家蚕。本项目拟采用蛋白质谱分析等方法鉴定αxβ2的α亚基，αxβ2晶体结构及结合的蛋白，解析αxβ2因构象改变而活化的机制；以intβ2-/-家蚕为实验模型，在细胞和个体水平上深入探索intβ2促进血细胞增殖分化和免疫调节的分子机制；通过转录测序信息分析结合分子生物学实验，建立血细胞增殖分化和免疫应答的调节网络；筛选关键差异表达基因及活化的信号通路，通过细胞转染或信号通路抑制剂的使用等实验方法进一步验证。通过本项目研究，能够完善家蚕血细胞增殖分化和免疫调节网络，构建家蚕的天然免疫应答生物模型，为家蚕抗病防御能力和蚕丝产值提升提供理论依据。

研究发现intβ2在家蚕血细胞中特异性表达，是浆细胞特异性表面标记物；并且建立了intβ2-/-基因敲除家蚕。家蚕BmintegrinαPS3由相应的intβ2亚基召集后，共同定位到细胞膜上。 intβ2参与的天然免疫应答的调控网络，RNA-Seq共鉴定得到10126个Unigene，差异表达基因831个。GO分析结果显示在抗菌肽、丝氨酸蛋白酶级联的黑化反应、过氧化物酶、几丁质酶、超氧化物歧化酶等方面具有更高的活性。intβ2蛋白参与调控浆细胞的粘附，通过与病原模式分子LPS和PGN等直接结合参与细菌凝聚和机体对入侵病菌的清除过程。20E下游的BmBR-C Z2通过上调LZM等关键的免疫相关基因增强了家蚕的免疫功能，大大地降低了蚕体细菌的感染率，提高了家蚕的存活率。intβ3体外重组蛋白对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和绿脓杆菌具有很强的凝聚作用。intβ3敲低，血淋巴黑化速度显著升高，黑化反应相关调控因子，如PPO1、PPO2、PPAE和BAEE等均显著上调，与细胞免疫以及IMD和TOLL通路相关因子也显著上调。intβ2阳性浆细胞在四龄4天的比例最低，五龄后其比例逐渐上升，在亮蚕时期达到峰值，此时浆细胞大约占据血细胞总数的30%左右，但在变态发育时期有所下降；新生浆细胞具有很高的增殖特性，但随着被释放至循环系统，增殖能力逐渐降低。Wnt1可以促进家蚕细胞增殖。家蚕BmHh基因下调后，HH通路下游主要基因BmPtc、BmSmo和BmCi均有下降，进而使细胞增殖能力减弱。通过本项目研究，完善了家蚕血细胞增殖分化和免疫调节网络，构建了家蚕的天然免疫应答生物模型，为家蚕抗病防御能力和蚕丝产值提升提供理论依据。