甘肃农业大学硕士研究生论文开题报告
一、立论依据(以下各项均可加页)
(包括课题的研究意义,国内外研究现状分析,附主要的参考文献) 1.研究目的及意义 在我国,牦牛(Bos grunniens)主要生活在以青藏高原为主及其周围的高山和亚高山地区,其对空气稀薄、牧草生长期短、寒冷的生态环境条件具有很强的适应性,是当地畜牧业经济中不可缺少的畜种,同时在遗传上也是极为宝贵的基因库[1],素有“高原之舟”的称号[2]。普通平原地区的黄牛移居高海拔地区后因空气中的氧分压过低会导致机体出现肺动脉高压(pulmonary 蛋白酪氨酸激酶/信号转导转录激活因子(JAK/STAT)通路是一种重要的信号转导通路,广泛参与细胞的増生、分化、调亡、免疫调节等病理生理过程[9]。JAK激酶和STAT蛋白特异性表达于血管壁,并转导各种受体家族的细胞内信号,参与细胞凋亡相关因子、生长因子和血管活性肽的表达[10]。研究发现,JAK-STAT信号通路激活能够调节血管内皮生长因子、血管紧张素Ⅱ(加全称,AngⅡ)的局部合成,参与高血压的发生发展[11,12],而高血压的主要特点是血压升高和由其导致的血管重构[13]。肺血管平滑肌细胞(PASMC)是肺血管重构的主要效应细胞之一,研究发现,缺氧可诱导激活JAK2磷酸化信号换能器和转录激活因子3 (STAT3), STAT3随后结合CCNA2启动子转录cyclin A2表达,从而促进PASMC增殖[14]。另外,缺氧可诱导高达四倍的STAT3 磷酸化,使 PASMC 增殖增加了近两倍,由此证明了JAK2-STAT3通路参与了缺氧刺激下 PASMC 的激活和增殖[15]。据报道,JAK2-STAT3 信号通路依赖于缺氧诱导的 HIF-1α表达[16]。Chen等[17]人发现缺氧后PASMCs中JAK2和STAT3明显激活,而JAK2/STAT3的激活可抑制PASMC细胞凋亡。另有研究表明,抑制miR-361-5p表达可通过靶向ABCA1和抑制JAK2/STAT3通路抑制PASMCs的增殖和迁移[18]。Bai等[19]人培养大鼠原代PASMC,发现缺氧刺激两小时后,PASMC中内源性细胞因子信号抑制因子SOCS3 mRNA被显著诱导。此外,在缺氧条件下,PASMC中强制表达SOCS3基因对STAT3酪氨酸磷酸化超过70%。SOCS3基因的过表达使缺氧诱导的PASMC增殖降低了约50%,这提示了STAT3依赖通路参与缺氧刺激下PASMC的激活和增殖, 以上都充分说明JAK/STAT通路参与了血管重构过程,但JAK/STAT信号通路在牦牛肺脏低氧适应性结构形成中发挥的作用鲜见报道,因此本试验以高原牦牛肺脏为研究对象,首先采用光镜、电镜、HE染色、VVG染色、重金属染色、免疫荧光共聚焦显微镜以及scRNA-seq等技术观察不同年龄段牦牛肺泡和肺泡上皮的显微结构特点,分析各发育时间点的肺泡变化特点,并采用免疫组织化学、Western blot和qRT-PCR等技术对JAK/STAT信号通路中JAK2、STAT3、CCNA2在不同年龄牦牛肺脏中的表达水平及分布特征进行研究,同时体外分离培养牦牛肺动脉平滑肌细胞,探讨低氧对牦牛肺动脉平滑肌细胞中JAK/STAT信号通路相关因子的影响,旨在探究JAK/STAT信号通路在牦牛肺脏低氧适应过程中发挥作用的具体分子机制,有助于阐明牦牛避免肺动脉高压发生的低氧适应机制,从而进一步为哺乳动物低氧适应性机制的研究提供一定的试验资料。
2.国内外研究现状分析 1. JAK/STAT是一种重要的胞内信号转导通路,广泛介导多种生物过程。近些年来,Janus激酶(JAK)是一组细胞内酪氨酸激酶,在多种膜受体启动的信号转导中起着至关重要的作用[20]。在哺乳动物中,JAK是由TYK2、JAK3、JAK2和JAK1组成的[21],JAK2、JAK1和TYK2在各种组织和细胞中广泛表达,而JAK3在骨髓和淋巴系统中表达[22]。在功能上,JAKs由FERM、SH2、Pseudokinase和Kinase四个结构域组成[20]。最重要的结构域是激酶结构域,它负责细胞因子和下游STAT分子的磷酸化[23]。哺乳动物STAT家族共有7个成员,包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b和STAT6[24]。在结构上,STATs由6个保守结构域组成:转录激活域、SH2结构域、DNA结合域、螺旋结构域、酪氨酸激活域(TAD)和氨基末端结构域[25]。 作为JAK下游的蛋白,STAT在细胞质中以单体形式存在,可将细胞信号传导至细胞核内[26]。当细胞因子与其相应受体结合时,通过JAK/STAT途径启动信号传导。受体细胞质部分的构象变化启动了JAK家族受体相关成员的激活,JAK激活后可催化受体上的酪氨酸残基磷酸化,并形成相应的STAT结合位点,STAT与该位点结合后发生磷酸化而被激活,活化的STAT与受体分离,二聚化,进入细胞核内与目的基因的启动子相结合,从而激活相应的基因转录和翻译,最终引发炎症反应,促进肺血管重构[27]。据报道,JAK2和STAT3参与了与肺动脉重塑直接相关的过程,如平滑肌增殖、内皮功能障碍和炎症。这些细胞和分子过程在血管炎、动脉粥样硬化和PAH等几种血管疾病中很常见[28,29]。Wang等研究发现在缺氧条件下的PASMCs中JAK1、JAK2、JAK3、p-STAT1和p-STAT3在mRNA和蛋白水平上的过表达[30],这也提示缺氧激活JAK/STAT信号通路,该通路可能参与缺氧性PASMC损伤的发病机制。此外,JAK2介导TGF-β诱导的肺动脉内皮细胞向间充质细胞和平滑肌细胞向肌成纤维细胞的转变,参与动脉重塑。也有研究发现,PAH患者中p-STAT3表达升高,在PAH的人肺动脉内皮细胞(HPAEC)和人肺动脉平滑肌细胞(HPASMCs)中观察到 STAT3磷酸化[31-33]。此外,PAH患者肺组织切片显示,p-STAT3在内皮、网状病变、同心内膜病变以及小动脉内皮中均有高表达[31]。JAK2及其下游介质STAT3已被确定为成纤维细胞、内皮细胞和平滑肌细胞中促纤维化作用和肺动脉重塑的细胞内介质[34]。 2. 细胞周期蛋白A2(Cell cycle
参考文献: [1] 朱世海,张国顺,袁琦.青海两种生态类型牦牛对环境适应的生理特性比较[J].黑龙江畜牧兽医,2013,(01):152-153. [2] 魏雅婷. 肺离子细胞相关因子CFTR、ATP6V0D2和ATP6V1C2在不同年龄牦牛肺脏内的分布和表达研究[D].甘肃农业大学,2021. [3] Rabinovitch M, [4] 赵振,朱智勇,侯滨,张月琴,李容,曾维俊,多杰.不同高原低氧暴露时间下大鼠肺泡组织细胞自噬变化研究[J].高原医学杂志,2021,31(01):1-6. [5] [6] [7] 陈秋生,冯霞,姜生成.牦牛肺脏高原适应性的结构研究[J].中国农业科学,2006(10):2107-2113. [10] Wahnschaffe L, Kwon WY, Cha HN, Heo JY, et al. Interleukin-10 deficiency aggravates angiotensin II-induced cardiac remodeling in mice. Life Sci. 2016; 146:214-21. [12] Didion SP. New [16] Liu T, Li Y, [26] 余仙娟,沈亚青,徐俭朴等.基于JAK-STAT信号通路研究保肺定喘汤干预COPD肺血管重构的分子机制[J].浙江中医药大学学报,2020,44(12):1210-1214+1221. [29] Liu C, Arnold [32] Courboulin A, [33] Yamamura A, [38] Huet X, Rech J, [39] Coisy M, Roure [41] Barlat I, [42] Alabert C, |
二、研究方案(以下各项均可加页)
(包括研究目标、研究内容、拟采取的研究方法、技术路线、试验方案及可行性分析和预期的研究进展) (一)研究目标 1.通过采用光镜、电镜、HE染色、VVG染色、重金属染色、免疫荧光共聚焦显微镜以及scRNA-seq等技术观察不同年龄段牦牛肺泡和肺泡上皮的显微结构特点,分析各发育时间点的变化特点,记录各个阶段肺泡的结构特征、肺泡数量、单个肺泡面积、肺泡隔厚度、肺泡内弹力纤维的数量、气血屏障、毛细血管数量、肺泡孔数量等 2.阐明析不同年龄牦牛肺组织中JAK/STAT信号通路的关键因子JAK2、STAT3及CCND1的表达和定位情况。 3.探究低氧对牦牛肺动脉平滑肌细胞中JAK/STAT信号通路相关因子JAK2、STAT3及CCND1的表达影响,为研究低氧诱发的肺动脉高压和肺血管重构等疾病奠定基础。 (二)研究内容 (三)拟采取的研究方法 主要仪器与设备 生物组织切片机、低温恒冷箱切片机、全自动脱水机、石蜡包埋机、烘片机、DP71摄像和图像分析系统、转膜仪、摇床、化学发光仪、PCR仪、电泳仪、实时荧光定量PCR仪。 Trizol® 3. 3.1 光镜技术,电镜技术观察不同年龄段牦牛肺泡显微结构 a)不同发育阶段牦牛肺脏的组织样品经4%多聚甲醛固定,4℃保存带回试验室。 b)样品经酒精脱水、石蜡包埋、切片后进行HE染色,采用光镜技术观察初生、3月龄、6月龄、9月龄和1岁牦牛肺泡组织结构。 c)不同发育阶段牦牛肺脏的组织样品经2.5%的戊二醛溶液4℃固定,经酒精脱水、包埋、切片后进行重金属染色,采用电镜技术初生、3月龄、6月龄、9月龄和1岁牦牛肺泡上皮显微组织结构。
3.2 免疫组织化学法(IHC),组织免疫荧光(IF),检测观察JAK2、STAT3、p-JAK2/STAT3、CCNA2在初生(1-6日龄)、幼年(1-2岁)、成年(3-6岁)及老年(7-10岁)四个年龄组牦牛肺脏的表达分布 a)运用免疫组织化学法、方法观察JAK2、STAT3、p-JAK2/STAT3、CCNA2在初生(1-6日龄)、幼年(1-2岁)、成年(3-6岁)及老年(7-10岁)牦牛肺脏中的阳性表达。
3.3 Western-blot、qPCR技术检测初生(1-6日龄)、幼年(1-2岁)、成年(3-6岁)及老年(7-10岁)牦牛肺脏中JAK2、STAT3、p-JAK2/STAT3、CCNA2在蛋白和mRNA水平的表达量 a)提取初生(1-6日龄)、幼年(1-2岁)、成年(3-6岁)及老年(7-10岁)牦牛肺脏的蛋白样品,在100℃水浴锅中将蛋白变性。 b)运用Western-blot技术检测JAK2、STAT3、p-JAK2/STAT3、CCNA2在蛋白水平的表达情况。 c)运用qPCR技术检测JAK2、STAT3、p-JAK2/STAT3、CCNA2在mRNA水平的表达情况。 3.4 将实验所得的数据整理并进行统计学分析 4. 4.1 可行性 a)本研究受国家自然科学基金资助,有足够的经费支持。 b)本实验室具备开展该科研所需的仪器设备及相关实验技术支持,预期可以按照研究方案获得研究结果。 c)本实验室已对牦牛肺脏组织开展过大量的研究,并且已经了解相关理论基础,掌握相关实验技能。 4.2 可能遇到的问题 a)采回的组织样品固定时间较长,可能会影响相应细胞因子的活性。 b)没有针对牦牛的特异性抗体,因此选用的抗体需要仔细筛选。 5. 5.1 计划进度安排 2022年9月-2023年5月:查阅收集相关资料,熟练掌握组织切片的制作过程,熟悉和掌握基本的操作技术。 2023年6月-2024年9月:收集足够的试验样本,运用HE染色、IHC、Western-blot、 2024年10月-2024年12月:整理实验结果,进一步采用各种分析软件进行分析,撰写学位论文。 2025年1月-2025年4月:撰写毕业论文,准备论文答辩。 5.2 预期的研究成果 通过光镜以及电镜的观察,了解了不同年龄段牦牛肺泡以及肺泡上皮细胞的显微结构,发现不同年龄段牦牛的肺泡结构存在差异,推测这种差异是牦牛肺脏适应高原低氧环境的生理结构基础,为以后研究哺乳动物低氧适应性的调控机制提供一定的研究资料。 确定了JAK2、STAT3、p-JAK2/STAT3、CCNA2在初生(1-6日龄)、幼年(1-2岁)、成年(3-6岁)及老年(7-10岁)牦牛肺脏中的表达和分布,为研究牦牛肺脏适应低氧环境提供可靠依据。另外,由于JAK2、STAT3、p-JAK2/STAT3、CCNA2在低氧引起的肺动脉高压以及血管重构中起着重要作用,所以对于相关疾病的治疗具有极其重要的指导意义。
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三、
经费预算
支出科目 | 金额(万元) | 计算根据及理由 |
1、业务费 | 0.5 | 采样费、车旅费、论文版面费 |
2、试验材料费 | 2.0 | 抗体购买、所需试剂盒、实验药品、耗材 |
3、仪器设备费 | 0.3 | 部分设备购置及设备维修 |
4、其它 | 0.2 | 论文打印、答辩等 |
合计 | 3.0 |
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注:预算支出科目按下列顺序填写:1、论文课题业务费2、试验材料费、3、仪器设备费
四、论证委员会成员
姓 名 | 研究方向 | 职称、职务 | 工 作 单 位 | 签 名 |
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参加开题报告论证会的总人: 其中教师人数: |
五、论证意见
(包括选题的理论、实践意义,试验设计方案,研究的预期结果及学生分析、综合问题的能力、表达能力等方面做出评议,并提出修改意见及是否通过的建议)。
论证主持人签字: 年 月
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六、学院意见
负责人: 年 月 日
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