《国家自然基金申请书-高原世居藏族和移居汉族线粒体蛋白质组的比较研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国家自然基金申请书-高原世居藏族和移居汉族线粒体蛋白质组的比较研究（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、报告正文（一）立项依据与研究内容： 1、 项目的立项依据1)研究意义我国是一个高原较多的国家，海拔3000m以上的高原、高山地区占国土总面积的1/6，主要分布在西藏、青海和新疆一带。随着国家西部大开发策略的逐步实施，这些高原地区无疑将成为今后开发的热点。因此，如何使平原人进入高原地区后迅速习服高原低氧环境，提高其生活质量和劳动能力，减少高原病的发生率，就成为目前亟待解决的重要课题。高原低氧适应机制的研究对于认识高原低氧适应的规律有重要的理论意义，对于降低因习服不良而导致高原病的发生机率具有积极意义。同时，高原低氧适应机制的研究有助于扩展人类活动空间，对于人类更好地征服和利用高原有重要的实践意义
2、，对于我国高原地区的经济和军事建设有巨大的推动作用。2)国内外研究现状高原低氧适应是指机体对高原低氧环境产生良好的整体功能的全面适应，而且作为生物学特性固定下来，通过遗传机制传给子孙后代。环境因素和遗传因素对人体的高原低氧适应能力均具有重要的影响。以往的研究多侧重于考察环境因素的作用，对遗传因素的影响研究很少。近年来这一问题引起了国内外学者的高度重视，国外个别实验室已开始着手进行这方面的工作，他们研究的对象主要是北美及南美的高原人群。世居高原藏族人群与其它高原世居人群相比，具有居住高原年代最长和较为封闭的特点，其对高原的适应能力亦明显高于南、北美高原世居人群，是研究人类高原低氧适应机制的极好的
3、遗传学对象。目前有关世居高原藏族人群之高原低氧适应遗传机制的研究寥寥无几，国内研究几近空白，故亟待加强这方面的研究工作，以利于全面认识人类高原低氧适应的机理，为寻求促进移居者习服的措施提供新的线索。世居高原藏族与移居高原汉族相比，具有更完善的氧运输和氧利用的能力1,2。其低氧通气反应能力较强、肺容量大、肌红蛋白浓度高、组织摄氧能力及最大运动能力强、胎儿在宫内发育迟缓少、婴儿出生体重较重、新生儿氧合效率高、肺动脉压和血红蛋白水平非常接近平原人群。藏族和汉族通婚的后代静息通气与藏族相似，而低氧通气反应则下降，提示遗传因素在藏族高原低氧适应机制中可能起重要作用。尽管已经认识到遗传因素涉及氧运输及利用
4、过程的许多环节，但目前尚未能证实并定位待定位基因或基因复合物。线粒体是机体氧利用的一个关键环节。机体通过呼吸系统和循环系统摄入氧并转运至细胞，最终在线粒体内通过氧化磷酸化作用生成ATP，以供给机体生命活动所需要的能量。机体耗能的90%以上来自于线粒体氧化磷酸化作用，因而线粒体被誉为细胞的“动力工厂”3。近年来，大量的研究表明，线粒体还具有多种重要的生理功能4-7，包括产生超氧阴离子等活性氧、调节氧化还原电势和细胞氧化还原信号转导、调控细胞凋亡和基因表达等，并在生物的生长、发育、衰老、疾病、死亡及生物进化等研究中都有重要意义，从而构成当前生命科学中的一个新生长点。线粒体是一个由核DNA(nucl
5、ear DNA, nDNA)和线粒体DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)共同编码的细胞器8。人类mtDNA编码了13个氧化磷酸化相关的多肽(复合体的 7个NADH脱氢酶复合体亚基 ND1、ND2、ND3、ND4、ND4、ND5和ND6，复合体的 细胞色素亚基cytb，复合体IV的3个细胞色素C氧化酶亚基CO、CO、CO，复合体的2个ATP合成酶亚基ATPase6和ATPase8)，两组rRNA (编码12rRNA和16rRNA)和22个tRNA (编码20种tRNA)。线粒体拥有相对独立的DNA复制、转录和翻译系统，是半自主性细胞器。由于线粒体是动物中唯一含有DNA和蛋白
6、质合成系统的细胞器，是氧传送链的生理终点站，是细胞氧耗的主要位点，是一个细胞氧易感性和适应的自然选择者，因此关于线粒体适应(mitochondrial adaptation)的研究正在展开。我们的研究发现，线粒体结构和功能的改变是动物习服低氧环境的一个重要机制9-12。急性缺氧可以抑制mtDNA转录和翻译，损害线粒体的结构和功能，而慢性缺氧时线粒体损伤得到一定程度的恢复，细胞内线粒体数量增加，使长期暴露于低氧环境中的动物逐渐取得低氧习服。青藏高原世居藏族在高原低氧环境下已经生活了50万年之久13，且由于历史上青藏高原地理环境的封闭性和藏族婚俗的对外隔离性，其遗传学特性可以很好地保存下来。我们推
7、测，世居高原藏族线粒体对于低氧环境的适应性改变可能通过自然选择的作用固定下来，并由此获得了较其他高原世居人群和移居人群更好的对高原低氧环境的适应能力。不过，对于线粒体的研究多在实验动物上进行，而关于高原世居者线粒体结构和功能的研究更显匮乏。虽然藏族mtDNA没有表现出与其他种族相异的特性14，但我们知道，mtDNA仅仅编码了线粒体氧化磷酸化酶复合物的20%，其余80%的氧化磷酸化酶复合物、大量的结构蛋白、离子通道、信号蛋白和活性因子等均由nDNA编码，关于这些nDNA编码蛋白在世居高原藏族低氧适应机制中的作用以及mtDNA和nDNA编码蛋白之间的协调作用亟待研究。以前的研究多从已知蛋白着手，观
8、察其在低氧适应过程中的变化。但是，由nDNA编码的线粒体蛋白约有10002000种15，并且不断有新的蛋白被发现。这些nDNA编码蛋白通过跨膜转运机制进入线粒体，通过多种反应途径参与低氧反应，若用逐一比较的研究方法来筛选低氧适应反应中的关键蛋白无疑犹如大海捞针，事倍功半。因此，我们尝试对世居高原藏族和移居高原汉族线粒体蛋白进行全面鉴定，通过比较两者线粒体蛋白表达谱的差异，以期更深入了解世居高原藏族高原低氧适应的机制。蛋白质组技术为实现这一研究思路提供了一个有力的工具。蛋白质组技术是从整体的角度，分析细胞内动态变化的蛋白质组成成分、表达水平与修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用与联系，揭示蛋白质功
9、能与细胞生命活动规律的一个新的研究领域。 随着现代质谱技术的进步和蛋白质组信息学的兴起，蛋白质高通量鉴定已经成为可能。由于蛋白质组技术在蛋白鉴定等许多方面的研究中具有无可比拟的优势，目前正被广泛地应用到许多领域的前沿性研究中。线粒体是一种相对独立的细胞器，易于高度纯化以用于蛋白阵列，且线粒体蛋白与细胞总蛋白相比，其数量有限，是进行蛋白质组研究的理想对象。目前国外已经建立了线粒体蛋白质组研究和线粒体蛋白鉴定的方法16-18，为我们比较研究世居高原藏族和移居高原汉族线粒体蛋白质谱奠定了基础。为了深入认识世居高原藏族线粒体的分子组成及其在高原低氧适应机制中的作用，本研究拟采用蛋白质组技术，鉴定世居高
10、原藏族线粒体的蛋白质谱，并将之与移居高原汉族相比较，从而从蛋白质水平揭示人类高原低氧适应机制。在本研究中，预期可能发现一些具有新蛋白序列的未知分子，还可能找到一些已知分子，但目前尚未阐明其在线粒体低氧反应中的作用。找到新分子或发现已知分子的未知功能，都将为我们进一步深入揭示人类高原低氧适应的分子遗传机制、更深入了解线粒体功能及其调控提供新的线索。参考文献：1. Moore LG, Armaza F, Villena M, et al. Comparative aspects of high-altitude adaptation in human populations. Adv Exp Me
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