《鈣信號途徑在昆蟲變態發育中的功能及激素調控》是依託山東大學，由趙小凡擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鈣信號途徑在昆蟲變態發育中的功能及激素調控
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙小凡
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
全變態昆蟲的幼蟲組織在變態發育過程中發生程式性細胞死亡，而蛻皮激素(20E)則可以促進昆蟲變態及程式性細胞死亡。我們在前期研究中發現20E可以促進細胞內質網中的內鈣離子釋放和細胞外鈣離子內流，推測鈣離子信號途徑參與了20E誘導的變態及程式性細胞死亡，但目前尚缺乏足夠的實驗證據說明鈣離子信號在昆蟲變態和程式性細胞死亡中的功能，對參與鈣信號途徑的主要蛋白、作用機理、激素調控也不清楚。因此本課題擬以棉鈴蟲為材料，研究鈣信號途徑在昆蟲變態發育中的功能及激素調控, 包括鑑定參與20E調控細胞內鈣離子增加的主要蛋白; 研究鈣信號途徑主要蛋白在昆蟲變態發育及程式性細胞死亡中的功能; 分析激素對細胞內鈣離子水平的調控及機理;研究鈣信號途徑的上游調控分子及下游效應分子，闡明蛻皮激素調控細胞內鈣離子增加的分子機制及在昆蟲變態發育及程式性細胞死亡中的作用，充實昆蟲變態的分子機理,為害蟲控制提供新的靶標基因。
結題摘要
鈣離子(Ca2+)參與細胞各種信號傳導，但Ca2+易與磷酸根形成沉澱影響蛋白質功能，因此胞漿內的Ca2+濃度在信號來臨時才會增加。神經興奮細胞通過電壓門控鈣通道增加Ca2+內流、非神經興奮細胞則通過瞬時受體電位通道(TRP)和鈣釋放活化的鈣通道(ORAI)以受體介導的方式（ROC）或鈣庫依賴的方式（SOC）增加細胞鈣內流。昆蟲變態發育中發生幼蟲組織的程式性細胞死亡（PCD），已知蛻皮激素（20E）可以促進細胞鈣內流，引起細胞凋亡，但分子機制並不清楚。本課題以重大農業害蟲棉鈴蟲為材料，研究鈣信號途徑在昆蟲變態發育中的功能及激素調控機制, 包括鑑定參與20E調控細胞內鈣離子增加的主要蛋白; 研究鈣信號途徑主要蛋白在昆蟲變態發育及程式性細胞死亡中的功能; 分析激素對細胞內鈣離子水平的調控及機理;研究鈣信號途徑的上游調控分子及下游效應分子。獲得如下重要結果：發現20E誘導G蛋白偶聯受體（GPCR）、Orai1和TRPs表達，增加細胞Ca2+水平，高濃度的Ca2+引起細胞凋亡，而JH不能誘導Orai1和TRPs上調錶達，只能通過RTKs 動員低水平鈣離子內流, 不能引起細胞凋亡；在變態起始期的棉鈴蟲中腸中，低濃度的20E誘導自噬，維持細胞存活，高濃度20E誘導自噬蛋白ATG5切割成NtATG5，活化caspase-3，促使中腸由自噬轉向凋亡；20E以濃度和時間依賴的方式促進自噬相關蛋白ATG12和ATG5結合，促進棉鈴蟲中腸PCD, ATG12對棉鈴蟲中腸自噬和凋亡是必須的; 20E通過GPCRs以及磷脂酶C（PLC）促進內質網中Ca2+釋放到細胞質中，胞內Ca2+的增加激活蛋白激酶PKC，促使基質相互作用因子1(STIM1)發生磷酸化，聚集並遷移到內質網-質膜結合處與Orai1相互作用，促進Ca2+內流，Ca2+促使EcRB1和USP1發生翻譯後修飾，形成轉錄複合體結合在DNA應答元件EcRE上，起始STIM1及20E信號途徑基因及凋亡基因表達，促使組織重塑和變態。本研究揭示了20E通過GPCRs介導的鈣庫依賴的鈣離子內流（SOCE）機制促進外鈣內流，高濃度的Ca2+促進20E信號途徑基因表達、PCD及變態。該研究不僅闡明了20E促進鈣離子內流的分子機制及生物學效應，而且為20E的GPCR信號途徑的理論提供了有力的支持，為研發害蟲生長調節劑提供了一批新的靶標基因。
