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基于蛋白组学的环境污染物毒性效应评价和作用机制研究

文献类型:学位论文

作者梁雪芳
学位类别博士
答辩日期2014-05
授予单位中国科学院研究生院
授予地点北京
导师王子健,查金苗
关键词双向电泳 DIGE Toxicity assessment Toxictiy pathways Protein biomarkers 差异凝胶电泳 毒性评价 毒性作用通路 蛋白标志物 2-DE
其他题名Toxicity assessment and mechanisms investigation of environmental pollutants based on proteomic methods
学位专业环境科学
中文摘要      本研究旨在建立可用于水生态毒理学研究的基于胶的蛋白组学(双向电泳2-DE和差异凝胶电泳  DIGE)研究方法,并基于该方法筛选环境内分泌干扰物质的蛋白标志物,同时结合传统毒理学研究手段以及基因组学手段从多指标多终点对毒性效应尚不明确的化合物进行内分泌干扰效应和神经毒性的评价并阐明其作用机制,最后将所建立的方法应用于其他水生生物并从蛋白角度对污染物的毒性作用通路进行阐述和预测。
      利用 DIGE技术,结合定量  PCR技术和  Western blot免疫印迹技术,对典型环境内分泌干扰物雌二醇 (E2)和甲基睾酮(MT)暴露的稀有鮈鲫肝脏蛋白组的进行了分析,并从差异蛋白图谱中筛选并验证了丙酮酸羧化酶在 E2和  MT暴露后mRNA水平和蛋白水平都发生显著下调,证明了该蛋白可作为环境内分泌干扰物的一个潜在蛋白标志物。同时证明了所建立的方法可适用于环境污染物的毒性评价以及生物标志物的筛选,为污染物早期预警提供有效的工具。
      利用 DIGE技术,结合体征指数、组织病理学观察、血液类固醇指标和下丘脑-垂体-性腺作用轴相关基因表达图谱,对苯并三氮唑的毒性效应及其作用机制进行了多指标多终点的研究,证明了该化合物具有弱雌激素效应,且其在雌、雄鱼体中的作用机制不同。同时对苯并三氮唑暴露的稀有鮈鲫雌鱼的脑蛋白组的2-DE分析表明,苯并三氮唑可通过影响细胞呼吸、G蛋白信号通路、钙离子信号通路、细胞周期和凋亡等作用通路对水生生物产生神经毒性,且作用机制与剂量有关。同时,结合定量 PCR手段,筛选了 CKBB, GS, HPCA, VDAC1和   FLOT1A作为 BT神经毒性的潜在生物标志物。
      将  2-DE技术应用于德克隆对中华鲟的毒性评价和毒性通路研究,得到 27个与细胞应激、小 G蛋白通路、钙离子信号通路以及糖代谢相关的差异蛋白(ratio≥ 2,  p  <0.05),对德克隆作用机制的预测表明该化合物可能与多溴联苯醚类似,即通过影响钙离子平衡,激活 Ras信号通路,引起下游代谢过程和基因表达的变化。
英文摘要      In   this   study,   gel-based   proteomic   strategies,   including   two   dimensional electrophoresis (2-DE) and differential in gel electrophoresis (DIGE),  were developed for  aquatic toxicology  research  and were  employed  to  screen the  potential  protein biomarkers  for   endocrine  disrupting   chemicals  (EDCs).   Then,  the   toxicity  and mechanisms of  unclarified chemicals were  assessed by these  proteomic technologies and other  toxic endpoints.  In addition, we  analyzed the  proteomic response of  other aquatic  organisms in  exposure  to environmental  contaminants  using these  methods and predicted the toxicity pathways of chemicals.
      DIGE  was  applied to  analyze  the  hepatic  proteome  of  Chinese  rare minnow (Gobiocypris  rarus)  exposed  to  17-estradiol   (E2)  and  methyltestosterone  (MT). Combined  with   qPCR  and   Western  blot,  PC   was  observed   to  be   significantly decreased at  both protein  and mRNA  levels after  E2 and  MT exposure. The  results suggest  that   PC  may   be  a   sensitive  potential  protein   biomarker  for   endocrine disruptors.  Moreover,  the  gel-based proteomic  strategies  were  demonstrated  to  be effective  for   toxicity  assessment  and   biomarker  screening.   These  methods  may provide useful tools for early warning of aquatic pollution.
      To  investigate  the  toxicity  of  benzotriazole  (BT) on  the  rare  minnow,  many toxicological  endpoints were  examined.  These  endpoints included  somatic  indices, pathological  changes,   steroid  hormone   levels,  hepatic  proteomic   responses,  and transcriptional levels of the hypothalamic-pituitary-gonadal (HPG)  axis-related genes. The  results  indicated  the  weak  endocrine  disruption  effects  of  BT as  well  as  its sex-dependent mechanisms. In addition, the  response of the brain proteome of  female
rare minnow  in exposure  to BT was  analyzed using  2-DE. The results  revealed that
BT  may  exert  neurotoxicity  to  rare  minnow  through   several  pathways  including
cellular  respiration, G-protein  signal cascades,  Ca2+-dependent signaling,  cell cycle,
and apoptosis.  Moreover, the neurotoxicity of  BT was related to  doses. Furthermore,
several sensitive  proteins affected by BT  identified in this study  such as CKBB,  GS,
HPCA, VDAC1, and FLOT1A may have potential to be used as biomarker candidates
of BT.
      Additionally, we  used 2-DE  to analyze the  liver proteomes  of juvenile Chinese sturgeon  (Acipenser   sinensis)  exposed   to  dechlorane   plus  (DP).   A  total  of   27
significantly altered proteins  (ratio ≥ 2, p  < 0.05) were successfully identified.  Based
upon  protein  responses,  we suggest  that  DP  has  effects  on  the  generalized  stress
response, small  G-protein signal cascades, Ca2+  signaling pathway, and  carbohydrate
metabolism. The underlying mechanisms of DP appear comparable to polybrominated
diphenyl  ethers (PBDEs),  impacting calcium  homeostasis and  activation of  the Ras
signal cascade.
公开日期2015-07-08
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/15638]  
专题生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
梁雪芳. 基于蛋白组学的环境污染物毒性效应评价和作用机制研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2014.

入库方式: OAI收割

来源:生态环境研究中心

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