动物毛色候选基因DCT的研究进展

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动物毛色之所以种类繁多,颜色各异,主要是由黑色素的种类和分布存在差异而引起的[1]。黑色 素由存在于皮肤中的黑素细胞产生。在哺乳动物中,黑色素的含量和分布决定了毛发、皮肤和眼睛颜 色,并且能够抵御紫外线辐射和保护内部组织,防止过热,保护 DNA不受损伤[2]。动物毛色的形成由遗 传途径控制,动物毛色受基因影响的 机 制 比 较 复 杂,参 与 毛 色 调 控 的 候 选 基 因 主 要 有 MC1R,TYR, TYRP1,TYRP2,PMEL,MITF,Agouti,KIT和 CBD103等基因[3],这些基因可以通过调节对应酶的活性高 低来控制体内的生理生化反应,与信号通路一起影响黑色素的生成,对动物的被毛和皮肤颜色等性状的 形成起决定性作用[4]。基因与基因之间的相互作用和环境因子共同决定色素的累积,从而形成不同的 毛色[5,6]。在黑素细胞中,DCT(多巴色素异构酶,Dopachrometautomerase)作为酪氨酸酶相关蛋白家族 的重要成员,对黑色素生成过程中起重要作用。因此,DCT基因可作为毛色候选基因来研究,以期为进 一步探讨动物毛色形成机理提供依据。
DCT基因的启动子含有一个“Mbox”的结构,Mbox的核心结构为“CATGTG”,该元件能被 MITF 识别,从而激活相应的基因表达[13]。对不同物种 DCT基因氨基酸序列进行预测分析,发现 DCT蛋白有 信号肽的存在,大部分物种均具有一个跨膜结构域,该蛋白在不同物种中均为疏水蛋白,各个物种的 DCT蛋白二级结构的主要结构元件是无规卷曲和 α螺旋,其次为延伸链 。 [14]
2 DCT基因的生物学作用
黑色素细胞中的 DCT具有多巴色素异构酶活性,可加快多巴色素转变为 5,6二羟基吲哚羧酸 (DHICA)的速度,从而促进黑色素生成[15],5,6二羟基吲哚羧酸与 5,6二羟基吲哚的比例受 DCT基
基金项目:国家自然科学基金项目(项目编号:31501940);河北省高校创新团队领军人才培育计划项目 (项目编号: LJRC004);河北省自然科学基金项目(项目编号:C2017407037);河北省高等学校青年拔尖人才计划项目(项 目编号:BJ2016026)。
通讯作者,男,副教授,博士。主要研究方向:动物遗传育种。Email:pyongdong123@126.com。 收稿日期:20180910;修改稿收到日期:20190126
1期 王亚琪等 动物毛色候选基因 DCT的研究进展
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因控制,因此推测 DCT对黑色素合成时酪氨酸酶的催化活性有调节作用 。 [13,16] 有研究表明,DCT基因 对黑色素生成细胞中的细胞凋亡起关键作用[17]。DCT作为黑色素合成过程中的关键酶,可以稳定酪氨 酸酶的活性,维持黑色素小体结构的完整性[18],其表达水平的降低会引起黑色素含量的减少。有研究 表明,DCT对黑色素细胞的存活具有一定的支持作用[19]。杨姗姗等[20]研究发现,成年小鼠的脑室下区 细胞中 DCT传统的过表达显著增加了 260%的细胞数量,而利用 RNA干扰抑制 DCT的表达,在 48h 后,细胞数量下降了 25.8%,说明 DCT可以调节神经祖细胞增殖。
1 DCT基因及其编码蛋白的结构
多巴色素异构酶(DCT)作为酪氨酸酶相关蛋白家族的第 3个成员,也称作酪氨酸酶相关蛋白 2 (TYRP2),是黑色素合成过程中最关键的限速酶[7,8]。DCT有 1个类似表皮生长因子 (epidermalgrowth factor,EGF)的结构域和 2个富含组氨酸的金属结合位点。小鼠 DCT基因定位于 14号染色体 S(slaty) 座位上[9],人 DCT基因定位于 13号染色体上[10],DCT和 TYR,TYRP1蛋白比较显示其蛋白质结构有 50%的相似性,人类的 DCT基因结构已经被确定,编码区包含 8个外显子[11]。DCT与 TYR基因二者有 许多共同特征,其氨基酸序列同源高达 40%,都有 1个跨膜结构域、2个半胱氨酸富集区、2个保守的铜 结合区、潜在糖基化位点和 1个信号肽。DCT基因编码蛋白质比 TYR和 TYRP1蛋白稍大[12]。
3 DCT基因与动物毛色的关系
Jackson等[9]研究表明,深灰或深棕色小鼠因 DCT基因单碱基变异,导致 DCT活性仅为野生型黑色 小鼠的 1/3~1/5。在缺失 DCT第一外显子小鼠中导致 DCT的 mRNA和蛋白表达量缺失,小鼠毛色变 浅[21]。Okumura等[22]利用辐射杂交和 SNP连锁分析将猪 DCT基因定位于 11号染色体上,并发现了与 猪毛色相关的 SNP位点。Costin等[23]发现,在小鼠中可能存在由于 DCT缺失而产生的细胞毒性中间 体,会导致黑色素细胞过早死亡。DCT基因在不同的人群中存在多态性位点,同时发现 DCT基因影响 人类毛发的色素沉积[24]。高莉等[25]研究显示,DCT基因在棕色羊驼 mRNA表达量是白色羊驼的8.593 倍,揭示羊驼 DCT基因表达量与其毛色存在一定相关性。2016年,宋兴超[26]利用转录组测序发现:黑 色水貂与白色水貂皮肤相比,DCT基因上调表达;白色水貂与银蓝色水貂皮肤相比,DCT基因下调表 达。表明 DCT基因可能调控水貂毛色形成。聂瑞强等[27]通过 Jaspar预测分析得知,DCT基因启动子 655bp处存在 Pax6PD结构域的结合位点,且在黑色素细胞中过表达 Pax6PAI亚结构域 DCTmRNA升 高到原来的 3.62倍(P<0.01),蛋白质升高到原来的 1.37倍。Patwardhan等 研 [28] 究发现,在黑色素细 胞中,分泌路径依赖于 RAB6和 ELKS直接运输,并将其转运到黑素体中。通过传递特定的物质,如 MART1和 DCT,RAB6/elks依赖的分泌途径控制了黑素体的形成和成熟,同时也控制了色素的合成。 然而,对于水貂 DCT基因的转录调控机制仍然未知。
DOI:10.3969/J.ISSN.16727983.2019.01.010
动物毛色候选基因 DCT的研究进展
王亚琪,胡露露,王瑞宁,刘铮铸,巩元芳,李祥龙,彭永东
(河北科技师范学院动物科技学院,河北 秦皇岛,066600)
摘要:就 DCT基因编码蛋白的结构、基因的功能、与动物毛色的关系及有关生物信息学研究进展进行了概 述,并对今后 DCT基因在动物毛色方面的研究进行了展望。 关键词:动物毛色;候选基因;DCT;研究进展 中图分类号:S813.25 文献标志码:A 文章编号:16727983(2019)01005404
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