应激状态下中华鳖裙边组织快速降解的机理研究

The calipash is the trailing edge of carapace in Chinese soft-shelled turtles，and the main structure protein is collagen. It was observed that the calipash will be rapidly degraded under stress condition, which was considered as the response to external environment changes. As the main component of the calipash, the structure and composition of the collagen fibers is the molecular basis for the rapid degradation. Moreover, the contents of protective amino acids are very high in calipash, which may provide the material basis for physiological function..In order to investigate the regulation mechanism and physiological functions of rapid degradation in calipash, the methods of histology, proteomics, transcripology and molecular biology are to be used, and this project will be carried out as the follows: (1) Expression analysis of collagen genes and the structural characteristics of collagen fibers in calipash; (2) Establish the rapid degradation model of calipash, to analysis the mode of rapidly cell death, and screen the key genes in the process of degradation, and investigate the regulation mode of collagen degradation; (3) Establish the defect model of calipash cells for exploring the physiologic functions. In the process of evolution, only Trionychidae animals have calipash tissue. Therefore, this project is an important basic study for understanding the functions of calipash.

裙边是中华鳖（Pelodiscus sinensis）背甲后缘的软组织，主要成分为胶原蛋白。在应激条件下，裙边组织可发生快速降解，这可能是中华鳖对外界应激的响应方式。裙边是由多种胶原形成的复杂结构，胶原蛋白的类型和组成结构是裙边可快速降解的分子基础；此外，具有细胞保护功能的氨基酸在裙边中含量丰富，这可能是裙边发挥生理学功能的物质基础。.为了研究裙边快速降解的调控机理以及生理学意义，本项目拟利用组织学、蛋白组学、转录组学和分子生物学等手段在以下方面展开研究：（1）分析裙边内胶原蛋白的组成及胶原纤维的结构特点；（2）建立中华鳖裙边快速降解模型，分析裙边内细胞快速清除的方式，筛选影响胶原降解的关键基因，探讨胶原降解的调控方式；（3）建立中华鳖裙边细胞应激损伤模型，探讨裙边组织的生理学作用。在所有的脊椎动物中，只有鳖科动物进化出裙边；研究裙边快速降解的生理学意义，对于鳖科动物来说也是重要的基础研究。

中华鳖是我国重要的特种水产养殖品种之一，拥有的裙边是鳖甲后缘最具特色的结缔软组织，主要成分为胶原蛋白。作为评价中华鳖营养品质的关键，正常健康个体裙边宽厚、饱满坚挺，而应激个体裙边萎瘪塌陷。本项目基于裙边应激时发生蛋白物质降解以响应应激的假设，采用组织学、蛋白质组学、分子生物学等手段开展了如下研究：（1）解析了中华鳖裙边胶原蛋白组成及胶原纤维结构特点：研究了胚胎期和不同生长阶段中华鳖裙边组织胶原基因的时序性表达规律，明确了不同生长阶段中华鳖裙边胶原蛋白的组成分布特点及作为裙边可快速降解的分子基础；（2）建立了中华鳖裙边塌陷模型即嗜水气单胞菌攻毒应激模型，在个体层面从胶原生物合成和生物降解的角度阐明了裙边中胶原物质的降解规律，完成了应激中华鳖裙边组织的蛋白质组学及关键基因的表达分析，筛选出关键调控基因，发现应激后裙边胶原纤维增粗、排列紊乱，胶原类型分布发生变化，细胞核不规则、染色质逐渐浓缩等降解现象。（3）构建中华鳖裙边成纤维细胞LPS损伤应激模型，在细胞层面探讨了裙边胶原快速降解的生理学功能，发现胶原特征性降解产物脯氨酸、羟脯氨酸能显著提高裙边应激细胞的存活率，显著升高胶原降解相关基因的mRNA转录水平，提示胶原特征性氨基酸可以缓解LPS诱导的中华鳖裙边细胞损伤。本项目揭示了应激状态下中华鳖裙边组织快速降解的机理，即通过促进胶原蛋白的生物降解，释放脯氨酸、羟脯氨酸等胶原特征性产物作为应激响应物从而发挥保护作用。本研究确定了裙边组织快速降解是中华鳖对应激适应的响应方式，探讨裙边快速降解的分子机制，对于研究鳖科动物特有裙边组织的生理功能及提高动物环境适应能力具有重要的科学意义。