鱼类组蛋白H2A基因的核苷酸多态性及其在病原感染中的作用

Histones are central components of nucleosome and chromatin, which play critical roles in diversifying chromatin structure, transcriptional regulation, ontogenesis and so on. In our research on zebrafish histone H2A, 12 variants with nucleotide polymorphism were identified. The roles of histone nucleotide polymorphism in pathogen infection have never been reported in any species of vertebrates. Based on our preliminary results, this proposed research is designed to illustrate the functions of nucleotide polymorphism of histone H2A in pathogens infection through analyzing the correlation of H2A variants with nucleotide polymorphism and bacterial gill-rot disease and/or Viral hemorrhagic disease. Then, the antibacterial and antiviral activities, and survival rates in response to different pathogens infection are to be further investigated in order to screen and obtain H2A variants with disease resistance and immunological enhancement. The mechanisms of action of histone H2A variants will be evaluated by investigating the effect of histone H2A variants with nucleotide polymorphism in the transcriptional regulation of immune genes and NOD1/RIP2 signaling pathway. It is believed that this proposed research will interpret the new mechanisms of piscine histone polymorphism involved in disease susceptibility or disease resistance, and establish the immunological basis of histone H2A variants with nucleotide polymorphism.

组蛋白是染色体核小体的重要组分，在调控染色质结构、基因转录、个体发育等不同生物学过程中起着重要作用。我们在斑马鱼中发现组蛋白H2A存在着丰富的核苷酸多态性；组蛋白核苷酸多态性变异体在病原感染中的作用还少见报道。本项目将通过解析草鱼组蛋白H2A基因的核苷酸多态性与细菌性烂鳃病、病毒性出血病易感性/抗性的关联，阐明H2A基因核苷酸多态性在病原感染中的调控作用；通过研究H2A核苷酸多态性变异体的抗菌活性、抗病毒活性以及在病原感染下对细胞或者幼鱼存活的影响，筛选具有抗病原体感染以及免疫增强作用的组蛋白变异体；通过研究H2A核苷酸多态性变异体对免疫基因转录调控、在NOD1/RIP2信号通路中的作用，揭示H2A核苷酸多态性影响宿主易感性/抗性的作用机理。该项目的完成对于揭示鱼类组蛋白基因的多态性在疾病发生中的作用机理具有重要意义；同时该项目将奠定鱼类组蛋白H2A核苷酸多态性变异体免疫防治的理论基础。

组蛋白是染色质核小体的重要组分。尽管关于组蛋白可变体在发育以及基因转录调控中的作用、组蛋白衍生的抗菌肽及其生物学功能有较多的报道；但组蛋白基因核苷酸多态性在病原感染中的作用还少见报道。我们以模式鱼类斑马鱼和经济鱼类草鱼为研究对象，进行了鱼类组蛋白H2A核苷酸多态性及其与细菌性烂鳃病、病毒性出血病的相关性分析，阐明了鱼类组蛋白H2A核苷酸多态性可变体在病原体感染、转录调控、NOD1/RIP2信号通路中的作用。所取得的重要结果表现在：1）揭示了组蛋白H2A核苷酸多态性能够显著影响鱼类对细菌性或者病毒性病原的抵抗力或者敏感性；2）筛选出来的抗菌组蛋白zfH2A-1、zfH2A-5和zfH2A-8可变体被申请并授权了2项国家发明专利；3）揭示了H2A可变体zfH2A与接头蛋白RIP2合作以抗杀鱼爱德华氏菌感染的作用机制；4）阐明了zfH2A-6和NOD1协同增强免疫基因转录以抗无乳链球菌感染的作用机制；5）通过酵母细胞表面展示系统成功获得了2株高表达组蛋白H2A核苷酸多态性可变体的酵母工程菌gcH2A-4-PYD1/EBY100和gcH2A-11-PYD1/EBY100，并发现其对草鱼抵制柱状黄杆菌的感染具有很好的免疫保护作用。除此之外，受此项目部分资助，我们也完成了其它的工作。解析了嗜水气单胞菌感染的欧洲鳗鲡不同组织的免疫反应；揭示了斑马鱼BID、BIRC2、NLRC3-like 1、TGR5、NOD1和CD44a在病原感染中的功能及其作用机制。这些研究为研发抗病生物制品或免疫增强剂提供了候选基因。此外，我们成功制备了具有抗柱状黄杆菌感染的组蛋白H2A核苷酸多态性可变体的酵母工程菌，并在活体上进行了保护效果评估，效果十分显著。该项目也奠定了鱼类组蛋白H2A核苷酸多态性可变体免疫防治的理论基础。