TYR基因及其与动物毛色关系的研究进展

毛色是毛皮动物重要的品种特征之一,是一种易于观察的表型性状。黑色素对动物毛色的形成起至关重要的作用。在动物体内酪氨酸在酪氨酸酶(TYR)的催化作用下,经由DOPA、多巴醌、吲哚醌等形式最后生成黑色素。动物毛色的形成主要与黑色素细胞中合成的两种色素(真黑色素、褐黑色素)比例有关。黑色素细胞中色素的合成受多个基因和信号通路调控。动物毛色之所以具有多样性,也是由于这些基因调控所致。在众多的调控基因中,其中目前研究较多的主要有黑素皮质素受体1(MC1R)、剌鼠信号蛋白基因(ASIP)、TYR家族(TYR、TYRP1、TYRP2)等,各基因间相互作用形成不同的毛色。文章简要介绍黑色素形成的机理及概况,重点对TYR基因结构和功能及其在多种动物毛色方面的研究现状进行综述,以便为动物毛色选育提供理论依据。     

黑素小体在黑色素生成过程中的关键作用

黑素小体是真核生物细胞中用于合成和沉积黑色素唯一的细胞器,其功能紊乱将导致人类或哺乳动物的色素相关疾病。黑素小体的发生(黑素小体的形成、成熟;前黑素小体纤维的形成;黑素小体相关蛋白的转运)、黑素小体内环境的稳定和黑素小体的转运都是黑色素合成和沉积必不可少的前提条件。本文将对黑素小体在黑色素生成过程中的关键作用进行阐述,以期为哺乳动物黑色素减退机制进一步探索和理解,以及人类白化相关疾病的进一步揭示提供理论参考。     

IFN-γ对羊驼皮肤黑色素细胞增殖和黑色素合成的影响

旨在研究IFN-γ对黑色素细胞增殖及黑色素合成的影响。不同浓度IFN-γ(0.0、0.5、2.0、8.0、16.0、32.0、64.0ng·mL-1)分别处理羊驼皮肤黑色素细胞24、48和72h。MTT法检测黑色素细胞活力,紫外分光光度法检测黑色素含量,qRT-PCR检测MC1R、TYR、TYRP1、MITF、DCT及NOS2mRNA水平的变化。结果显示,24h黑色素细胞活力受到抑制,72h细胞活力恢复且黑色素合成增强;IFN-γ可促进黑色素含量的增加,以32.0ng·mL-1 IFN-γ增加极显著。TYRP1、MITF、DCT、NOS2mRNA相对表达量显著增加(P0.05),MC1R、TYR mRNA相对表达量增加不显著(P0.05)。IFN-γ可促进黑色素细胞树突增长,可能有助于黑色素的转运;IFN-γ诱导黑色素的合成,可能与黑色素细胞中NOS2和MITF的高表达有关,可能通过NO/cGMP/PKG介导的信号通路合成黑色素。     

黑色素细胞调控小眼畸形相关转录因子的研究进展

黑色素细胞的主要功能是合成黑色素。黑色素是皮肤受紫外线照射后"自我保护"形成的产物,在黑色素细胞的亚细胞器—黑素小体中合成。黑色素的形成过程受到了许多基因的调控,其中小眼畸形相关转录因子(MITF)对黑色素细胞发育、增殖和存活至关重要。本文首先对MITF基因的结构和功能进行介绍,其次对MITF参与的相关分子信号通路,以及MITF在黑色素细胞的生长发育、黑色素的合成的影响进行综述,最后概述了MITF在人类中的突变影响,并对未来的研究方向进行展望。有助于探明哺乳动物黑色素的合成的分子机制,为哺乳动物毛色的形成提供理论依据。     

TYR基因研究进展

TYR基因是酪氨酸酶相关蛋白家族(Tyrosinase-related Protein)成员之一,酪氨酸酶是黑色素合成过程中的限速酶,TYR表达量及活性的高低直接影响真黑素与褐黑素的表达,进而对动物毛色产生影响。为深入了解TYR基因结构功能、多态性及TYR基因表达量与毛皮动物毛色的相关性,本文在查阅大量文献基础上,对TYR基因结构与功能以及在临床医学、畜牧生产上的应用研究等方面进行综述。通过综述大量文献发现,TYR基因突变不仅与人类皮肤白化病有明显关系,对哺乳动物被毛白化现象也有明显关系,而且在深色被毛哺乳动物中的表达量普遍高于浅色被毛哺乳动物。     

α-黑素细胞刺激素对泰和乌骨鸡皮肤黑色素细胞增殖及黑色素合成的影响

旨在研究α-黑色素细胞刺激素(α-melanocyte stimulating hormone,α-MSH)对泰和乌骨鸡皮肤黑色素细胞增殖和黑色素生成的影响,初步探讨α-MSH调控泰和乌骨鸡黑色素合成的机制。利用体外培养的乌骨鸡皮肤黑色素细胞,观察不同质量浓度α-MSH(0、2.5、5、10 mg/L)及其拮抗剂([D-Trp7,Ala8,D-Phe10]α-MSH(6-11)-amide,D-AD-MSH)处理后黑色素细胞增殖、黑素皮质素受体1(melanocortin 1receptor,MC1R)基因表达、酪氨酸酶(tyrosinase,TYR)活性、环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)含量和黑色素含量的变化。结果表明,不同质量浓度的α-MSH对细胞有促增殖的作用,2.5mg/Lα-MSH处理组细胞的增殖率极显著高于不添加α-MSH的对照组(P0.01)。α-MSH剂量依赖性地提高MC1R基因表达。2.5mg/Lα-MSH处理组细胞cAMP的含量显著高于对照组(P0.05),其他处理组之间差异不显著(P0.05)。不同浓度的α-MSH处理均极显著提高细胞TYR活性(P0.01或P0.05)。与对照组相比,2.5mg/Lα-MSH极显著提高皮肤黑色素细胞的黑色素含量(P0.01),5、10.0mg/Lα-MSH具有提高黑色素细胞黑色素含量的趋势(P0.05)。α-MSH拮抗剂D-A-D-MSH预处理乌骨鸡皮肤黑色素细胞显著抑制α-MSH对黑色素细胞MC1R基因表达、cAMP含量、TYR活性和黑色素含量的上调作用(P0.05)。α-MSH能促进泰和乌骨鸡皮肤黑色素细胞增殖,提高MC1R基因表达、cAMP含量以及TYR活性并进而促进黑色素合成。     

绵羊毛色相关基因MC1R和ASIP的研究进展

皮肤和毛囊中黑色素细胞产生的真黑素和褐黑素的分布和数量比例决定着哺乳动物的毛色,色素表型在黑色素合成的不同阶段受多个基因的调控。MC1R基因和ASIP基因是影响黑色素合成的两个重要基因,在黑色素合成和毛色调控过程中起关键作用。MC1R基因的表达产生真黑素,而ASIP基因则通过负调控机制增加褐黑素的生成。文章对近年来与绵羊毛色性状紧密相关的MC1R基因和ASIP基因的研究进展进行综述,旨在增进对绵羊毛色形成机理的了解,为绵羊育种与生产提供理论参考。     

畜禽羽色候选基因ASIP和TYRP1的研究进展

羽色是畜禽重要的品种特征之一,是一种易观察的表型性状。畜禽的羽色性状由许多基因控制,其中目前研究较多的主要有黑素皮质素受体1(MC1R)、刺鼠信号蛋白基因(ASIP)、黑素亲和素(MLPH)、溶质载体家族(SLC24A5、SLC45A2)、酪氨酸酶(TYR)家族(TYR、TYRP1、TYRP2)等,各基因间相互作用形成了不同的羽毛颜色。本文简要介绍黑色素的形成机理及研究概况,并对畜禽羽色相关基因ASIP和TYRP1的遗传机制及研究进展进行综述,以便为进一步研究畜禽羽色形成的分子遗传机制提供参考。     

Pmel17在黑素小体成熟过程中的关键作用

黑色素的形成和沉积主要发生在黑素小体的淀粉样纤维上,前黑素小体蛋白17是黑素小体形成淀粉样纤维的关键蛋白,该蛋白在黑色素的形成和沉积中发挥重要作用。论文对Pmel17在黑素小体成熟过程中的调节作用进行综述,概述了Pmel17的解朊机制,SLC24A5、SLC45A2基因编码的离子交换蛋白对Pmel17解朊的影响,Oa1(ocular albinism type 1)基因对Pmel17表达量的影响,以及部分基因调控Pmel17对黑素小体结构形成的影响。对Pmel17在黑素小体成熟过程中的作用深入研究,有助于探明哺乳动物黑色素的合成和沉积机制,并从Pmel17的角度解析哺乳动物黑色素的色素减退机制和白化现象。     

家畜毛色形成分子基础及应用研究进展

动物毛色是一种容易被识别的表型,也可作为筛查某些疾病的有效手段。毛色主要由黑色素细胞产生的真黑色素和棕黑色素的分布、比例和产生速率所决定。许多基因对黑色素的产生和分布起着重要调控作用,各基因间的不同基因型形成多种基本毛色、淡化毛色和花斑。此外,miRNA靶向结合毛色主效基因mRNA,诱导抑制/增强其转录翻译过程,从而调控毛色基因的表达,影响黑色素合成。文章简述了家畜调控毛色的主效基因黑色素皮质素受体1（MC1R）、野灰位点信号蛋白（ASIP）、原癌基因（KIT）、酪氨酸酶关联蛋白（TYRP）、小眼畸形相关转录因子（MITF）和内皮素受体B（EDNRB）的DNA序列多态性（不同基因型）与毛色性状、疾病之间的关系;介绍了毛色形成相关miRNA挖掘鉴定、miRNA调控毛色相关基因研究进展与毛色基因研究应用价值,旨在为今后研究家畜毛色机理提供理论依据。     

乌骨绵羊MC1R基因多态性研究

酪氨酸酶(TYR)、酪氨酸酶相关蛋白1(TYRP1)和酪氨酸酶相关蛋白2(TYRP2)是动物黑色素生物合成过程的重要酶,黑素皮质素1受体(MC1R)一旦与配体α-促黑素细胞激素(α-MSH)结合,对TYR、TYRP1和TYRP2酶活性的表达水平均有重要影响,因此认为MC1R是黑素合成模式的控制点。本研究以MC1R基因为候选基因,对乌骨绵羊MC1R基因多态性进行了研究,希望揭示MC1R基因与乌骨绵羊乌质性状之间的关系。结果表明,乌骨绵羊MC1R基因存在2个多态位点,分别为A12G和G144C。翻译表明这2处突变都为同义突变,对应的氨基酸分别是丝氨酸(Ser)和亮氨酸(Leu)。PCR-RFLP分析发现绵羊MC1R存在2个等位基因,即MC1R*1和MC1R*2,对应11型、22型和12型3种基因型。乌骨绵羊和兰坪本地绵羊MC1R等位基因的频率差异不显著,而与罗姆尼羊差异显著,推测MC1R基因可能不是控制乌骨绵羊乌质性状的主效基因。     

黑色素形成调控机理及乌骨绵羊黑色素沉积候选基因研究进展

黑色素(melanin)产生于黑色素细胞,是由酚类或吲哚类物质氧化聚合而成的不易溶于水的聚合体,广泛存在于微生物和动植物机体,具有消除自由基、抗氧化、抑制病毒感染、激活免疫系统、提高机体免疫力、延缓衰老等生理功能。酪氨酸在酪氨酸酶作用下生成多巴,多巴经过系列复杂的生物学反应形成黑色素。现有研究发现,多种信号通路(α-MSH/MC1R/cAMP信号通路、Wnt/β-catenin信号通路、PI3K/Akt/GSK3β信号通路、MAPK信号通路等)及相关调控因子(MITF、MC1R、TYR等)参与了黑色素的形成过程。一般认为,哺乳动物黑色素细胞主要分布于皮肤和毛囊组织,而乌骨绵羊的内脏组织也能存在大量黑色素细胞,其形成机制尚不明确。乌骨绵羊的乌质性状是重要的经济性状,与其营养和药用价值密切相关,受机体组织黑色素沉积程度的影响。文章简述了黑色素的理化性质、生物功能及其合成路径,回顾了近年来发现的调控动物机体黑色素合成的信号通路及其作用机理,总结了影响乌骨绵羊黑色素沉积和分布规律相关候选功能基因的研究现状,以期为深入研究黑色素沉积调控机理及候选功能基因应用于生产实践提供参考。     

小鼠Oct-1基因CDS区克隆与生物信息学分析

为研究小鼠Oct-1基因的生物学特性,试验扩增小鼠黑色素细胞中Oct-1基因CDS区序列,并运用生物信息学软件分析小鼠Oct-1基因序列的特性、编码蛋白理化性质、亚细胞定位、靶基因及保守性结构域等,从而预测其是否调控黑色素的生成。结果表明,小鼠Oct-1基因大小为2 313 bp,编码蛋白质的分子式C₃₄₂₅H₅₆₀₆N₉₇₆O₁₁₆₃S₁₅,是一个不稳定可溶性蛋白质,二级结构以无规卷曲和α-螺旋为主,亚细胞定位主要分布在细胞核,推测其可能在能量代谢和辅因子的生物合成过程中发挥信号转导和转录因子调控的作用;Oct-1基因在小鼠黑色素细胞中表达,其编码的蛋白含有一个保守的POU结构域和一个保守的同源域,参与调控13个黑色素形成相关基因转录表达,在黑色素生成关键基因MITF、TYR、TYRP1、TYRP2的启动子上存在Oct-1转录因子的作用位点,Oct-1蛋白质还可能与Brf2、Pou2af1、Tbp等蛋白相互作用调控毛色基因表达,故可以推测转录因子Oct-1在黑素细胞的黑色素生成中发挥着重要的作用,为研究毛色形成机制提理论依据。     

miR-186-5p与α-MSH互作对绵羊黑素细胞黑色素生成的影响

黑色素合成受多种基因和miRNAs的调控,为了研究miR-186-5p与α-MSH协同作用对绵羊黑素细胞黑色素生成的影响。本研究在绵羊黑素细胞中转染miR-186-5p表达载体,同时添加α-MSH,通过实时荧光PCR（quantitative real time polymerase chain reaction,qRT-PCR）和蛋白质免疫印迹（Western blotting）检测MITF、TYR、TYRP1和TYRP2 4种可能与之相关的基因表达情况;利用免疫组化检测MITF蛋白在黑素细胞中的表达和亚细胞定位;通过分光光度法测定黑色素含量变化;利用划痕试验测定细胞迁移情况,试验分为miR-186-5p转染组、miR-186-5p+α-MSH互作组和对照组,每组3个重复。结果显示,miR-186-5p能够抑制绵羊黑素细胞中MITF、TYR、TYRP1和TYRP2的表达,并最终抑制黑色素的生成。而添加α-MSH能缓解miR-186-5p对MITF、TYR、TYRP1和TYRP2表达的抑制作用,进而在一定程度上恢复黑色素的含量。另外,miR-186-5p还能抑制细胞分裂,并阻碍细胞的迁移,而α-MSH无法抵消miR-186-5p产生的这种负面影响。上述结果表明,在绵羊黑素细胞中,miR-186-5p和α-MSH均参与调控黑色素合成途径,其中,miR-186-5p主要起负调控作用,而α-MSH主要参与相关位点的正调控,并能部分恢复miR-186-5p导致的黑色素含量下降。值得注意的是,miR-186-5p还参与调控细胞的增殖和迁移,而α-MSH不参与相关调控。     

内皮素3对小鼠黑色素沉着相关基因表达的影响

试验旨在探究内皮素3（endothelin 3，EDN3）在不同毛囊时期小鼠皮肤中是否存在差异表达及其对黑色素细胞黑色素沉着相关基因表达的影响。通过RT-PCR技术对EDN3、EDNRB在不同毛囊时期小鼠皮肤的表达情况进行定量分析发现，EDN3和EDNRB在小鼠不同毛囊时期皮肤样品中均有表达，在毛囊生长初期和中期小鼠皮肤中EDN3 mRNA表达量是末期的2.18倍（P < 0.05）和1.15倍（P > 0.05），毛囊生长初期和中期EDNRB mRNA表达量是末期的16.8倍（P < 0.01）和9.9倍（P < 0.01）。为了进一步揭示EDN3在黑色素细胞色素沉着中的重要作用，通过细胞转染技术使小鼠黑色素细胞过表达EDN3并测定其黑色素含量及色素沉着相关基因的表达水平发现，与空载组相比，体外转染EDN3的黑色素细胞黑色素含量明显增加。此外，MITF mRNA显著降低（P < 0.05）；TYR、TYRP2、EDNRB、c-Kit和EDN1 mRNA显著升高2.04倍（P < 0.05）、1.44倍（P < 0.05）、1.41倍（P < 0.05）、5.21倍（P < 0.01）和3.27倍（P < 0.01）。MITF蛋白水平显著降低（P < 0.05），TYR、TYRP2、EDNRB和c-Kit蛋白水平显著升高1.48倍（P < 0.01）、4.61倍（P < 0.01）、1.27倍（P < 0.05）和2.64倍（P < 0.01）。综上所述，EDN3在不同毛囊时期小鼠皮肤中均可有效表达，且表达量存在显著差异。黑色素细胞中过量表达EDN3，使色素沉着相关基因的表达量及黑色素含量增加。     

TYRP1基因控制动物色素形成的研究进展

黑色素广泛分布于微生物、植物和动物体内,并具有重要的生理功能。作者综述了黑色素的形成过程并详细分析总结了TYRP1基因特征及其变异对动物肤色的影响,为研究乌骨绵羊和乌骨鸡乌质性状形成的分子基础提供依据。     

中国黄牛酪氨酸关联蛋白1（TYRP1）基因多态性的研究

[目的]验证TYRP1基因的错义突变(g.1300C>T)与中国黄牛毛色性状是否存在相关性。[方法]采用PCR测序及生物信息学的方法,对991头中国黄牛、48头安格斯牛、104头婆罗门牛的TYRP1基因进行多态性分析。[结果]通过对中国黄牛的等位基因频率和基因型频率的分析,发现此变异与中国黄牛棕色毛色性状不相关。[结论]TYRP1基因的错义突变(g.1300C>T)与中国黄牛棕色表型不相关。该位点可能在一些品种中受到了选择,中国黄牛的棕色表型可能受其他基因调控。     

Black hair follicular dysplasia in Large Münsterländer dogs: clinical, histological and ultrastructural features

Four Large Münsterländer cross‐bred dogs affected with black hair follicular dysplasia (BHFD) and one unaffected control littermate were observed, and skin was sampled weekly over the first 19 weeks of life. Affected dogs were born with silvery grey hair, a consequence of melanin clumping in the hair shafts. Hair bulb melanocytes were densely pigmented, and contained abundant stage IV melanosomes but adjacent matrix keratinocytes lacked melanosomes. Melanin clumping was not prominent in epidermal melanocytes in the haired skin but occurred in the foot pads. Follicular changes progressed from bulbar clumping, clumping in the isthmus/infundibulum and finally to dysplastic hair shafts. Alopecia developed progressively in pigmented areas. Silver‐grey hair, melanin clumping, accumulation of stage IV melanosomes within melanocytes and insufficient melanin transfer to adjacent keratinocytes are also classic features of human Griscelli syndrome. The underlying cause in Griscelli syndrome is a defect of melanocytic intracellular transport proteins leading to inadequate and disorganized melanosome transfer to keratinocytes with resultant melanin clumping. In view of the correlation in the phenotype, histology and ultrastructure between both disorders, a defect in intracellular melanosome transport is postulated as the pathogenic mechanism in BHFD.