《Poultry Science》:Multi-Omics Analysis Reveals RBPJ-Mediated Regulation of
EGF/ACTN2/
MYPN/
COL21A1 in Fibroblast during Oviduct Functional Remodeling of Duck
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本研究旨在闡明RBPJ調控鴨輸卵管功能重塑中成纖維細胞的分子機制。研究人員通過構建RBPJ過表達細胞模型,結合轉錄組與蛋白質組學分析,發現RBPJ過表達可顯著促進成纖維細胞增殖,并鑒定出關鍵調控分子(EGF、ACTN2、MYPN、COL21A1)在ECM-受體互作和細胞骨架調控通路中發揮重要作用。該研究為理解家禽輸卵管周期重塑及改善生殖性能提供了新見解。
鴨的輸卵管在產蛋周期中會發生顯著的形態和功能重塑,而成纖維細胞在其中扮演著關鍵角色,負責細胞外基質(Extracellular Matrix, ECM)重塑和組織穩態。Notch信號通路是一個高度保守的、調節發育和分化過程的通路,其核心效應分子重組信號結合蛋白Jκ(Recombinant signal binding protein for immunoglobulin kappa J region, RBPJ)在哺乳動物中已被證明能通過調控多種信號網絡來影響成纖維細胞的功能。然而,RBPJ在鴨輸卵管成纖維細胞中的調控作用卻仍然是個謎。這個未知領域正是制約我們深入理解家禽輸卵管生理及潛在繁殖障礙的關鍵問題。為了填補這一知識空白,一篇發表在《Poultry Science》上的研究,利用多組學技術,揭開了RBPJ調控鴨輸卵管成纖維細胞增殖與重塑的神秘面紗。
為了開展這項研究,研究人員從金云麻鴨胚胎腿部肌肉組織中分離并培養了原代成纖維細胞,通過免疫熒光確認了其成纖維細胞標志物(波形蛋白和核心蛋白聚糖)的表達,建立了穩定的研究模型。隨后,他們通過構建RBPJ過表達質粒并轉染細胞,成功建立了RBPJ過表達(OE)的成纖維細胞模型,并與空載體對照組(C)進行比較。研究者運用了多種關鍵技術方法來揭示RBPJ的功能和機制:包括細胞增殖檢測(CCK-8法和EdU摻入法)來量化增殖能力;轉錄組測序(RNA-seq) 以全面分析基因表達變化;數據非依賴性采集(Data Independent Acquisition, DIA)定量蛋白質組學 分析以對應地檢測蛋白質豐度的改變;最后,通過實時熒光定量聚合酶鏈反應(qPCR) 和蛋白質印跡(Western Blotting) 在細胞模型和產蛋/停產鴨的輸卵管組織樣本中對關鍵基因和蛋白的表達水平進行了驗證。
研究結果具體如下:
細胞免疫熒光鑒定:免疫熒光實驗證實,所分離的鴨胚胎原代細胞表達成纖維細胞標志物波形蛋白和核心蛋白聚糖,結合細胞核染色,確認其為成纖維細胞。
RBPJ過表達效率及其對細胞增殖的影響:與對照組相比,過表達組中RBPJ的mRNA和蛋白水平分別顯著上調了約38倍和5倍。CCK-8和EdU檢測均表明,RBPJ過表達能顯著促進成纖維細胞在24小時的增殖(P< 0.01)。這些數據證明了RBPJ過表達模型的成功建立,并明確了RBPJ對成纖維細胞增殖的促進作用。
RNA測序分析:轉錄組測序的主成分分析(Principal Component Analysis, PCA) 顯示過表達組與對照組樣本間存在清晰的分離。共鑒定出130個差異表達基因(Differentially Expressed Genes, DEGs),其中35個上調,95個下調。基因本體論(Gene Ontology, GO) 和京都基因與基因組百科全書(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG) 富集分析發現,這些基因顯著富集于“肌肉細胞中的細胞骨架”、“細胞粘附分子”、“鈣信號通路”和“精氨酸生物合成”等通路。
蛋白質組學分析:蛋白質組學分析同樣顯示過表達組與對照組間差異顯著。共鑒定出6364個蛋白,其中差異表達蛋白(Differentially Expressed Proteins, DEPs) 有569個。KEGG通路富集分析顯示,這些蛋白在“N-聚糖生物合成”、“蛋白質內質網加工”、“ECM-受體相互作用”、“鈣信號通路”和“肌肉細胞中的細胞骨架”等通路中顯著富集。
DEGs與DEPs的聯合分析:對轉錄組和蛋白質組數據進行聯合分析,識別出12個在轉錄和蛋白水平上均發生變化的分子。其中,表皮生長因子(EGF)、膠原蛋白XXI α1鏈(COL21A1)、肌動蛋白α2(ACTN2)和肌動蛋白結合蛋白(MYPN)等是關鍵分子。這些分子主要富集在“肌肉細胞中的細胞骨架”、“粘著斑”、“絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-Activated Protein Kinase, MAPK) 信號通路”和“ECM-受體相互作用”等通路中。
輸卵管組織中基因和蛋白的定量分析:在組織水平上驗證發現,與停產鴨相比,產蛋鴨輸卵管中RBPJ的mRNA和蛋白表達水平均顯著升高(P< 0.05)。此外,轉錄組中鑒定的關鍵基因(如COL6A6, ACTN2, EGF等)在輸卵管組織中的表達模式與細胞研究結果一致。
綜合研究結果與討論,該研究的核心結論是:RBPJ是鴨輸卵管成纖維細胞功能的關鍵調控因子。RBPJ過表達能有效促進成纖維細胞增殖,并通過調控一系列關鍵分子和信號通路,誘導細胞向肌成纖維細胞樣表型轉換。研究發現,在轉錄和蛋白水平上均受RBPJ調控的關鍵分子包括生長因子(EGF)、細胞外基質成分(COL21A1)以及細胞骨架相關蛋白(ACTN2, MYPN)。這些分子參與了ECM-受體相互作用、肌肉細胞骨架和鈣信號等通路,共同協調成纖維細胞的增殖和基質重塑能力。
此項研究的重要意義在于,它不僅首次在禽類生殖系統中揭示了RBPJ對成纖維細胞增殖與基質重塑的復雜調控網絡,為理解鴨輸卵管在產蛋周期中的動態功能重塑提供了具體的分子機制圖景,更重要的是,通過整合轉錄組學和蛋白質組學數據,精準定位了如EGF、ACTN2、MYPN、COL21A1等關鍵的效應分子和信號通路。這些發現將抽象的通路調節與具體的功能蛋白(如調節細胞骨架張力、維持ECM完整性)聯系起來。組織水平的驗證進一步確認了RBPJ及其下游網絡與輸卵管生理狀態(產蛋期/停產期)的直接相關性,為靶向調控家禽輸卵管健康與繁殖性能提供了潛在的分子靶點。研究建立的多組學分析框架也為未來深入探索其他畜禽組織重塑的分子調控機制提供了方法論參考。整體而言,這項工作填補了禽類生殖生物學中Notch/RBPJ信號通路在間質細胞功能調控方面的知識空白,對提升家禽繁殖效率和健康養殖具有潛在的理論與應用價值。文章最后用一張機制示意圖形象地總結了RBPJ作為核心轉錄調控因子,整合了細胞外信號并驅動下游效應程序,從而協調成纖維細胞增殖與基質重塑的調控網絡。