动物肥胖基因_ob_的研究进展_郭亚宁

第28卷第4期黄牛杂志V o1.28No.4 2002年7月Jo urnal of Yellow Cattle Science July.2002

文章编号:1001-9111(2002)04-0035-04

动物肥胖基因(ob)的研究进展

郭亚宁1,侯水生2,刘小林1

(1.西北农林科技大学动物科技学院,陕西杨凌　712100;2.中国农业科学院畜牧研究所,北京　100094)

摘　要:肥胖基因(ob)是近年来克隆的新基因,该基因产物-Leptin(瘦蛋白)是反映体内脂肪含量和调节体重的信号因子,具有调节摄食行为,减少能量消耗和降低动物采食量的作用。本文对

肥胖基因的研究现状、结构、克隆、表达及影响其表达的因素进行了综述。

关键词　肥胖基因;ob基因;克隆;表达

中图分类号:S823.2 文献标识码:A

肥胖基因(obese g ene,ob)是近年来克隆的新基因。肥胖基因(obese gene)编码的瘦蛋白(Leptin)是脂肪细胞分泌的一种激素[1],具有调节摄食行为,减少能量消耗和降低动物采食的作用。畜禽肥胖基因研究工作主要集中在基因克隆、定位方面。随着畜禽肥胖基因序列的明确,人们将深入分析肥胖基因对于动物生长和脂肪畜积的基因效应,对今后的动物遗传育种工作将起很大的推动作用。

1　ob基因的历史

肥胖基因于1950年首次在小鼠上发现,为常染色体隐性遗传。1994年,Zha ng等[1]通过定位克隆技术(po sitio n cloning technolog y)分离获得了小鼠的肥胖基因及该基因人的同源序列。在研究中发现,遗传型肥胖小鼠肥胖基因有两种形式的突变:一种是在C57BL/6J ob/ob小鼠的肥胖基因中,发现其第105位密码子发生C→T的碱基突变,使编码精氨酸的密码子变为终止密码子,这一无义突变使ob m RN A的表达量提高了20倍,但不能产生正常功能的蛋白质;另一种是在其等位基因,SM/CKC-+Dac o b2J/o b2J小鼠的肥胖基因中,发现了基因外显子2G7RN A缺失,这一突变使肥胖基因m RN A不能产生。肥胖基因的这些突变,可能是导致小鼠肥胖的原因。

2　ob基因的克隆

2.1　ob基因的研究现状

Zhang.Y.Y等[1]首次报道利用定位克隆方法得到小鼠ob基因的cDN A序列。该基因位于小鼠的第6号染色体上,编码了一种由167个氨基酸组成的分泌型蛋白质,其m RN A长约 4.5kb,而且仅在脂肪细胞中表达。同时他们又从人的脂肪细胞组织cDN A文库中克隆了人的ob基因序列,并与小鼠的ob基因序列进行比较,发现编码区的同源性很高,在蛋白质水平上有84%的同源性。

此后,Issen等[2]对人基因组中ob基因进行了克隆与分析。在我国,Da-W ei Gong[3]、马本江等[4],根据文献报道的人的o b基因序列设计引物,经RT-PCR扩增出人的ob基因,定位于7q染色体上,基因转录物为 4.5kb的m RN A,o b基因的翻译产物为一个长约20kb、编码167个氨基酸的球型蛋白质(成熟的ob为16kb)。后来,刘建忠等[5]还建立了人肥胖基因转基因小鼠动物模型,为研究人的肥胖基因提供了便利的途径。

M urakami[6]和Og awa[7]等分别克隆了肥胖大鼠和SD大鼠o b c DN A的核苷酸序列。大鼠ob m RN A长约4.5kb,在氨基酸水平,大鼠肥胖基因与小鼠和人的肥胖基因之间的同源性分别为96%和84%。张铁梅等[8]克隆的大鼠ob基因测序结果表明Wistar大鼠编码区序列为441bp,编码146个氨基酸,不含N端信号肽序列,与前面报道的大鼠ob cDN A编码区序列一致。

2.2　猪ob基因的克隆

对猪ob基因的克隆,国外众多学者如Ra msay 等[9]、B idw ell等[10]已进行了许多研究工作,而且

⒇收稿日期:2002-04-21

基金项目:国家十五攻关课题“水禽育种与养殖关键技术”　2002BA 514A-9-2.

作者简介:郭亚宁(1970-),女,西北农林科技大学在读硕士生,助理畜牧师.

B idw ell已成功地克隆了猪的ob基因。但DaiRu-juan[11]以λUni-ZAP7M为载体构建了猪脂肪cDN A文库,并用RT-PCR法从脂肪RN A中扩增的366bp 猪o b基因作探针,首次获得了全长3277bp猪的ob 基因cDN A克隆和序列。序列分析表明,ob基因序列在不同的物种之间具有很强的保守性。猪与人和鼠ob基因编码的leptin蛋白质的氨基酸的同源性分别为86%和83.4%。猪与人Leptin蛋白质氨基酸的同源性(86%)高于鼠与人之间的同源性(84%),表明猪与人的核苷酸序列在进化上更为保守。

2.3　鸡ob基因的克隆

Mohamm ed等[12]首次报道了鸡肥胖基因的克隆。他们用RT-PCR法,根据已知的哺乳动物的肥胖基因序列设计引物,获得了全长600bp,编码163个氨基酸的鸡的肥胖基因,并与其它物种进行了同源性比较。鸡的肥胖基因与人、小鼠和大鼠的同源性分别为83%、96%和97%。而且序列分析表明,鸡的肥胖基因可在脂肪组织和肝脏中表达,而哺乳动物的肥胖基因表达仅在脂肪组织,这表明家禽的肥胖基因表达调控与哺乳动物有所不同。

2.4　牛ob基因的克隆

Shaoquan J i等[13]用RT-PCR技术克隆、扩增出了439bp和牛leptin cDN A片段。序列分析表明,牛leptin cDN A编码区与人、鼠、猪和羊的同源性分别为83%、83%、92%和95%。而且,与人、小鼠、羊等相同,牛ob基因仅在脂肪组织表达,而在其它组织中没有发现。

2.5　羊ob基因的克隆

C.J.Dy er等[14]报道通过RN A的RT-PCR方法从羊的脂肪组织中分离克隆出羊ob基因cDN A 片段(350bp),该片段在氨基酸水平与人、小鼠和牛分别有88%、87%和97%的同源性。而且,他们还用此克隆片段通过核糖核酸酶保守性鉴定分析(ri-bonuclease pro tectio n assay),从脂肪组织表达了441bp的羊o b基因m RN A的完全编码区。

3　ob基因的基本结构

3.1　小鼠ob基因结构

小鼠ob基因克隆的cDN A序列分析表明[1]: o b基因位于4号染色体,其m RN A长约4.5kb,含一个高度保守的编码166/167个氨基酸(因30%的普通小鼠无49号谷胺酸密码子,70%小鼠具有该密码子)的开放阅读框和一个21肽的信号序列,成熟产物为16KD的分泌型蛋白。在5′端和3′端非编码区含一长50bp的正向重复序列。小鼠的ob基因有两个内含子和三个外显子。基因编码序列主要在外显子2和外显子3中,有的小鼠在ob外显子1和外显子2之间还存在一个93bp的额外外显子[15,16]。3.2　人的ob基因结构

Naohi等[7]报道了人的基因组ob基因序列及cDN A序列。人的o b基因位于7号染色体,由3个外显子和2个内含子组成,基因组长达18kb,其5′非翻译区(U T R)中存在表达调控的顺式作用元件:三拷贝GC盒,一个AP-2结合位点,一个CC AAT/ enhance(C/EBP)位点。3′端含有富GC序列,但无明显的多聚核苷酸序列。

人的ob基因cDN A序列与小鼠有较大的同源性,其主要差别是:编码区5′端和3′端非编码区同源性较小,仅30%,这预示调控序列的差异;编码区的同源性很大,多肽的同源性达84%[1][14,15]。

3.3　猪的ob基因结构

猪的ob基因的研究首先是依据人、小鼠ob cD-N A序列设计引物,用RT-PCR扩增片段,再进行克隆和序列分析。由戴茹娟[18]等完全成全长3277bp 的ob cDN A克隆。猪o b基因的编码序列全长504bp,编码一个由167个氨基酸组成的蛋白。3′非编码区长1947bp,5′非编码区长826bp。猪ob基因的3′非编码区比鼠o b基因3′非编码区(约 3.7kb)要短,基因组的ob基因有待克隆分析。

3.4　鸡的ob基因结构

鸡的ob基因的定位也是先根据小鼠ob cDN A 序列设计引物,再用RT-PCR扩增出o b基因片段,后进行克隆和序列分析。鸡o b基因长约600bp,编码163个氨基酸,第105位的精氨酸密码子突变为终止密码子,信号肽序列由+1→+18氨基酸,含两个半胱氨酸残基:cys113和cys165。这两个残基在哺乳动物基因序列中也存在,但21位的半胱氨酸仅在鸡的ob基因中出现,其机制还不清楚。

由于牛和羊的ob基因的全长序列还没有克隆出来,所以根据现有的资料无法了解它们的基因结构,这一切工作有待进一步研究。

4　ob基因表达及调控

4.1　小鼠ob基因的表达

Zhang Y.Y等[1]的试验证明,小鼠体内ob基因的点突变能导致单纯性肥胖。这种肥胖型小鼠与野生小鼠相比,基因的DN A序列存在一个C→T的点突变,使105位的精氨酸密码子CG A转变为终止密码子TGA,这种无义突变导致了ob m RN A的表达量上升,但不能产生Leptin,从而引起肥胖。ob 基因的表达具有组织特异性,它仅在脂肪组织中表

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黄　牛　杂　志 第28卷