辽宁绒山羊次级毛囊生长期启动过程中关键蛋白的筛选及功能调控网络与验证

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辽宁绒山羊是我国珍贵的种质资源,其羊绒纤维质地柔软是极其宝贵的天然纤维。毛囊的周期性活动与绒毛的生长发育紧密相关。蛋白质作为生物功能的执行者在毛囊的周期性活动中发挥重要的调控作用,但有关辽宁绒山羊皮肤毛囊周期性活动中关键蛋白的筛选及功能研究相对较少。本研究以辽宁绒山羊皮肤毛囊为研究对象,利用蛋白质组学筛选出绒山羊次级毛囊生长期启动过程的关键蛋白并进行验证,为进一步探究绒山羊次级毛囊发育的规律及调控机制提供基础。研究内容如下:1.制作辽宁绒山羊皮肤组织横切及纵切石蜡切片,H.E染色。显微镜下观察绒山羊毛囊结构并发现辽宁绒山羊毛囊成群分布且以二元三元毛囊群为主,生长期次级毛囊密度显著高于休止期,经统计分析得出S/P值差异极显著。2.基于串联质谱技术及DIA数据采集鉴定得到623个休止期与生长期差异蛋白(其中338个上调蛋白285个下调蛋白),GO分析中差异蛋白主要富集到了细胞过程(cellular process)等24个生物过程,黏合(structure moleculer activity)等10个分子功能,细胞组分(cell part)等17个细胞组分。KEGG分析中差异蛋白主要富集在细胞外基质受体(ECM-receptor),过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR signaling pathway)等20条信号通路。通过对上调及下调的差异蛋白构建PPI互作网络,并合GO和KEGG富集分析筛选出COL1A2、TP63、ALB、KRT5、KRTAP11-1、SCD、VIM、EGFR为绒山羊次级毛囊生长期启动过程的关键蛋白关键蛋白。PPI互作网络揭示了关键蛋白之间存在直接或间接的互作调控关系。利用生物信息学平台及软件对具有相互作用的关键蛋白进行三维模型构建、蛋白对接和相互作用表面(interface)的预测,并展示出蛋白互作面参与相互作用的氢键及氨基酸残基。3.随机挑选关键蛋白(TP63、KRT5、SCD、COL1A2)进行Western-blot验证,结果显示TP63、KRT5、SCD在生长期表达量高于休止期,COL1A2休止期高于生长期与测序结果一致。表明TP63、KRT5、SCD在毛囊生长期启动过程起正向调控作用,COL1A2起负向调控作用。免疫组化结果显示,KRT5主要表达在绒山羊毛囊外根鞘及内根鞘,COL1A2阳性表达在内根鞘及连接组织鞘,TP63主要表达在外根鞘。综上所述,本研究基于蛋白质组学对绒山羊皮肤毛囊差异蛋白进行鉴定,通过构建PPI互作网络挑选位于中心节点的关键蛋白,并发现关键蛋白具有相互作用。通过对关键蛋白互作网络及相互作用区域的预测揭示了关键蛋白之间存在直接或间接的相互作用进而影响整个蛋白互作网络来调控绒山羊毛囊生长期启动过程。最后对关键蛋白进行了定量与定位研究,推测TP63、KRT5、SCD参与了毛囊启动过程并起到促进毛囊发育的作用,为后续深入研究绒山羊毛囊发育的分子机制奠定基础,对绒山羊绒毛品质改良也具有十分重要的意义。
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