家雞G蛋白偶聯受體78基因的克隆與組織表達圖譜分析

胡媛媛， 莫春橫， 王亞軍， 李娟

(四川大學生命科學學院，生物資源與生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，成都610065)

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家雞G蛋白偶聯受體78基因的克隆與組織表達圖譜分析

胡媛媛， 莫春橫， 王亞軍， 李娟*

(四川大學生命科學學院，生物資源與生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室，成都610065)

G蛋白偶聯受體(GPCR)是一大類膜受體超家族，參與了機體幾乎所有的生理過程，是一類重要信號分子受體。GPR78作為GPCR超家族的成員之一，屬于孤兒型受體。目前，在脊椎動物中，針對該基因結構與功能的研究極少。本研究以家雞為動物模型，通過RT-PCR方法克隆了GPR78基因的編碼區(qū)序列，并探究了該基因在家雞各組織中的表達情況。結果顯示：家雞GPR78基因編碼區(qū)全長為1020 bp，含3個外顯子，可編碼1個長為339個氨基酸的7次跨膜受體；該基因在家雞腦各功能區(qū)及垂體中高表達，而在其他外周組織中均不表達。本研究為后續(xù)探究GPR78基因在家雞中的生理功能奠定基礎。

家雞；G蛋白偶聯受體；GPR78；克?。唤M織表達

G蛋白偶聯受體(G protein-coupled receptor，GPCR)是一大類膜受體的統(tǒng)稱，是指和GTP結合蛋白偶聯，存在于細胞表面，由單條多肽鏈經過7次跨膜而形成的受體(Marcheseetal.，1998；徐雪等，2014)，在信號傳導過程中起關鍵的調控作用(Fredriksson & Schioth，2005)。目前在人類基因組中，有超過2%的基因可用來編碼G蛋白偶聯受體(Marcheseetal.，1998)。GPCR是目前已知的細胞表面最大的受體超家族。根據其序列相似性以及與配基的結合情況，共分為5 個亞家族。它們分別是：A族——似視紫紅質(rhodopsin-like)受體、B族——似胰泌素(secretin-like)受體、C族——親代謝性谷氨酸鹽和信息素(metabotropic glutamate/ pheromone)受體、D族——真菌信息素(fungal pheromone)受體和E族——cAMP受體(cAMP receptor)(Schertleretal.，1993；Ungeretal.，1997；Palczewskietal.，2000；Kobilka，2007；Kobilka & Deupi，2007)。這些GPCR受體的共同點是在其高級結構中，均具有7個跨膜α螺旋、C末端、3個胞外環(huán)(ECL1～ECL3)以及3個胞內環(huán)(ICL1～ICL3)。N末端在胞外，常被糖基化。C末端在胞內，多表現為磷酸化。7個跨膜的α螺旋反復穿過細胞膜脂雙層。在受體肽鏈的C端和連接第5個和第6個跨膜螺旋的胞內環(huán)上都有G蛋白結合位點。

GPCR的7個跨膜疏水區(qū)有很高的保守性，而N端、C端和跨膜結構域之間的連接區(qū)保守性相對較低。不同種類的配體在GPCR上的結合位點也不相同。小分子配體主要結合在GPCR的7個α螺旋跨膜結構圍成的疏水區(qū)；肽段和GPCR受體蛋白質結合的區(qū)域則位于N端結構域和胞外的親水環(huán)(Rohrer & Kobilka，1998；Kobilka，2007)。GPCR能與細胞外的多種配體相結合，激活細胞內一系列信號通路，從而調控多種生理反應；GPCR信號通路是多種藥物的作用靶點(Tautermannetal.，2015)，尤其是許多癌癥與腫瘤的治療途徑(Xingetal.，2011)。目前，與GPCR結合的配體，包括核酸、生物胺、多肽、激素、神經遞質、趨化因子等(Marcheseetal.，1998)。這些配體可以是糖類、脂質、多肽等小分子，也可以是蛋白質大分子。一些特殊的GPCR也可被非化學性的刺激源激活，例如在感光細胞中的視紫紅質可以被光所激活。雖然不同類型GPCR受體間的基因序列沒有高的同源性，但所有GPCR均具有類似的結構和信號轉導機制(Brownetal.，2003)。

GPR78是GPCR受體超家族中的孤兒型受體。目前，對于GPR78的信號通路及其配體的研究幾屬空白(Leeetal.，2000，2001)。在哺乳動物中，針對GPR78的結構以及組織表達已做初步研究。據報道，人GPR78 cDNA全長1092 bp，編碼具363個氨基酸的受體蛋白(Leeetal.，2000，2001；Underwoodetal.，2006；Jonesetal.，2007)。GPR78的mRNA主要在腦和垂體中表達。同時，亦有研究結果提示GPR78可能參與下丘腦-垂體-腎上腺軸的調節(jié)、孕期調控(Hermanetal.，1996；Underwoodetal.，2006)、情感控制(Altamuraetal.，1999；Rybakowski & Twardowska，1999；Pariante & Miller，2001)、腦發(fā)育調節(jié)等(Jonesetal.，2007)。

鑒于GPR78基因在非哺乳類脊椎動物中的研究尚屬空白，因此，本研究克隆了家雞GPR78基因的編碼序列，解析了該基因的結構；同時，亦對GPR78基因在家雞各組織中的表達情況進行了探究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料 分別取8月齡性成熟的公雞/母雞的各組織放入液氮中速凍，并保存于-80 ℃超低溫冰箱。

1.1.2 試劑與耗材 高保真PCR擴增所用的KOD-Fx DNA聚合酶、pTA2連接的10×A-attachment Mix購自TOYOBO公司；引物合成由成都華大基因公司提供；各種限制性內切酶、T4 DNA 連接酶、Eazy-Taq DNA聚合酶、dNTP、反轉錄酶等購自TaKaRa公司；總RNA提取用TRIzol Reagent購自Invitrogen公司；宿主菌EscherichacoliDH5α由本實驗室制備保存；測序工作由北京華大六和股份有限公司完成；DNA純化膠回收試劑盒購自上海生工有限公司。

1.2 組織RNA提取

取家雞全腦、垂體、心臟、肝臟、精巢、脾臟、腎臟、肺、小腸、胰腺、卵巢和肌肉共12種組織，迅速放入液氮中速凍，并在液氮中充分研磨；將磨碎組織加入到TRIzol-reagent中混合均勻，然后用氯仿提取，4 ℃冷凍離心(10 000 r/min，15 min)，吸取上清液，再加入異丙醇，混勻后4 ℃冷凍離心(10 000 r/min，8 min)，棄上清；用70%乙醇漂洗沉淀2次，棄上清，最后用DEPC-H2O溶解RNA沉淀。

1.3 RNA反轉錄

以家雞組織總RNA為模板，按逆轉錄試劑盒操作說明進行cDNA第一條鏈合成。反轉錄總體積10 μL，RNA模板2 μg，Oligo-dT 1 μL(終濃度0.5 μg·μL-1)，加DEPC-H2O補足至5 μL，70 ℃加熱10 min，取出后冰浴2 min，然后加入5×第一條鏈合成緩沖液2 μL，dNTPs 0.5 μL(終濃度2 mM)，MMLV逆轉錄酶(200 U·μL-1)0.5 μL，放入PCR儀中42 ℃孵育1.5 h，70 ℃加熱10 min。反應產物用DEPC-H2O稀釋至40 μL作為cDNA模板使用。

1.4 引物設計

依據預測的家雞GPR78基因序列和已知β-actin基因序列，設計特異性引物，擴增cDNA序列或檢測其組織表達(表1)。

1.5 家雞GPR78基因cDNA的擴增

以2 μL腦組織cDNA為模板進行PCR擴增，具體方法參照本實驗室已有體系(何夏萍等，2013；張彥等，2014)。PCR反應體系為10 μL,其中：2×KOD緩沖液5 μL，DNA模板1 μL，dNTPs 2 μL(終濃度2 mM)，上下游引物(GPR78rU1/rL1)各0.1 μL(終濃度20 μM)，KOD-Fx聚合酶(1 U·μL-1)0.5 μL，DMSO 0.6 μL，用MilliQ-H2O補足10 μL。反應條件：94 ℃預變性2 min;98 ℃10 s，56 ℃退火30 s，68 ℃延伸80 s，33個循環(huán)；最后72 ℃延伸20 min。取3 μL產物用1%瓊脂糖凝膠電泳跑膠檢測PCR反應結果。

表1 引物序列

由于KOD-Fx聚合酶所擴增的PCR產物為平末端，因此將PCR擴增產物進行3’末端加A，然后與pTA2載體進行4 ℃過夜連接。連接體系為5 μL：加A產物1.5 μL，pTA2載體0.5 μL，連接酶0.5 μL，10×連接緩沖液0.5 μL。按常規(guī)方法轉化感受態(tài)細胞，再涂于含氨芐青霉素、IPTG和X-Gal的LB培養(yǎng)基上37 ℃過夜培養(yǎng)。分別進行菌落PCR篩選、重組質粒的提取及酶切鑒定。挑選3個陽性克隆進行序列測定(由北京華大生物科技發(fā)展有限公司完成)以確定每個基因的cDNA序列。

1.6 家雞GPR78基因的組織表達圖譜分析

采用GPR78基因的RT-PCR引物U1/L1來檢測GPR78基因在家雞12種組織中的特異性表達(表1)。PCR反應總體系為10 μL：組織cDNA模板2 μL；10×Easy-Taq緩沖液1 μL；dNTPs 0.2 μL(終濃度2 mM)；上下游引物各0.1 μL(終濃度20 μM)；Easy-Taq聚合反應條件：94 ℃預變性2 min；94 ℃30 s，56 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s， 33個擴增循環(huán)；最后72 ℃延伸10 min。PCR反應結束后，取3 μL PCR產物用2%的瓊脂糖凝膠進行電泳檢測。

2 結果與分析

2.1 家雞GPR78基因cDNA的克隆與序列分析

以家雞腦組織cDNA為模板，采用引物(GPR78rU1+rL1)進行PCR擴增，得到長度大小約為1000 bp的條帶(圖1)，與預期大小一致。

圖1 家雞GPR78基因PCR擴增

1. DNA Marker, 2.GPR78的PCR擴增產物。

1. DNA Marker, 2. PCR amplification product of chickenGPR78.

通過克隆得到家雞GPR78基因的完整編碼序列。該序列長1020 bp，含3個外顯子，可編碼339個氨基酸(圖2)；與其他GPCR一樣，家雞GPR78也含7次跨膜區(qū)(圖2)。胞外N端的氨基酸殘基數目少，且缺乏糖基化位點。通過與家雞基因組序列比對發(fā)現，GPR78位于家雞4號染色體上。此外，家雞GPR78與火雞(Accession No.：XM_010710491)、夜鷹(Accession No.：XM_010163602)和人(Accession No.：AY359107)的GPR78在氨基酸水平上分別享有99.41%，97.94%和51.79%的序列一致性(圖3)。此結果表明：GPR78在鳥類中具有高保守性；而鳥類與人GPR78的同源性則較低。

2.2 家雞GPR78基因的組織表達圖譜分析

采用RT-PCR方法初步檢測了GPR78基因在家雞組織中的表達情況：其在腦組織中的表達量最高，在垂體中也有表達，并且目的條帶的大小為459 bp，與預期的一致；而在其他外周組織中，均未檢測到PCR信號(圖4)。

此外，GPR78基因也在家雞腦各功能區(qū)域(包括大腦、中腦、小腦、后腦和下丘腦)均有表達。其中，在大腦、中腦、后腦和下丘腦中，檢測到較強的PCR信號，暗示GPR78在這些區(qū)域具較高表達水平；而在小腦中，僅檢測到微弱的PCR信號，提示GPR78在小腦中的表達水平相對較低(圖4)。

3 討論

GPR78作為GPCR的成員之一，也屬7次跨膜受體。但目前對GPR78的配體、信號通路及功能報道極少(Leeetal.，2000，2001)。本研究成功從家雞中克隆了GPR78基因編碼區(qū)cDNA序列，它可編碼1個具有339個氨基酸殘基的7次跨膜受體。家雞GPR78分別與火雞、夜鷹和人的GPR78享有99.41%，97.94%和51.79%的同源性。此結果說明GPR78在鳥類中具高保守性。

圖2 家雞GPR78基因的核苷酸和氨基酸序列

Fig. 2 The nucleotide and amino acid sequence of chickenGPR78

方框為受體7次跨膜區(qū)。

The putative 7 transmembrane domains were boxed.

圖3 家雞GPR78(cGPR78)與火雞(tGPR78)、夜鷹(nGPR78)、人(hGPR78)GPR78的氨基酸序列比對

圖4 RT-PCR檢測GPR78在家雞組織中的表達情況

Br. 大腦, Pi. 垂體, He. 心臟, Li. 肝臟, Sp. 脾臟, Lu. 肺, Ki. 腎, In. 小腸, Pa. 胰腺, Mu. 肌肉, Te. 精巢, Ov. 卵巢, Cb. 大腦, Mi.中腦, Ce. 小腦, Af. 后腦, Hy. 下丘腦; NC. 負對照; 括號內數字示PCR循環(huán)數。

Br. brain, Pi. pituitary, He. heart, Li. liver, Sp. spleen, Lu. lung, Ki. kidney, In. small intestine, Pa. pancreas, Mu. muscle, Te. testis, Ov. ovary, Cb. cerebrum, Mi. midbrain, Ce. cerebellum, Af. afterbrain, Hy. hypothalamus; NC, negative control; number in bracket indicated the PCR cycle number.

最初，GPR78被鑒定出來是因為它是GPR26的旁系同源物(Paralog)。GPR26受體在人和大鼠中都得到了初步解析(Leeetal.，2000，2001；Underwoodetal.，2006)。哺乳動物GPR78與GPR26具有高達49%的序列一致性，且兩者在跨膜區(qū)(TM區(qū))的一致性甚至高達56%(Leeetal.，2000；Underwoodetal.，2006)；GPR78與GPR26具有相同的內含子-外顯子結構，它們胞外N端氨基數目都很少且缺乏糖基化位點，在它們的第6和第7個跨膜區(qū)，也均具有精氨酸和賴氨酸殘基位點(Leeetal.，2000；Underwoodetal.，2006)。與哺乳動物中類似，家雞GPR78與GPR26也具有較高同源性和相似結構特征(圖5)。此外，已有報道顯示GPR78與GPR26均能引起胞內cAMP的上調(Leeetal.，2001；Jonesetal.，2007)。這些相似結構與功能特征均暗示GPR78與GPR26可能具有相同的配體(Leeetal.，2000；Underwoodetal.，2006)以及相似的胞內信號通路(Underwoodetal.，2006)，但該假設尚待證實。

圖5 家雞GPR78與GPR26基因的氨基酸序列比對

Fig. 5 Amino acid sequence alignment of chickenGPR78 (cGPR78) andGPR26 (cGPR26)

橫線為7次跨膜結構域。

The seven transmembrane domains were indicated by horizontal lines.

此外，本研究亦發(fā)現GPR78 mRNA主要在家雞腦和垂體中表達。該結果與哺乳動物GPR78的表達圖譜相似(Leeetal.，2000；Jonesetal.，2007)。GPR78在雞垂體和下丘腦中表達(圖4)也暗示，與哺乳動物類似，GPR78可在家雞下丘腦-垂體軸上發(fā)揮功能(Hermanetal.，1996；Altamuraetal.，1999；Rybakowski & Twardowska，1999；Pariante & Miller，2001)，或參與腦的發(fā)育與功能調節(jié)。然而該推論尚待驗證。家雞GPR78基因的克隆與組織表達圖譜分析為后續(xù)探究其在脊椎動物中的生理功能奠定基礎。

何夏萍, 周彥妮, 閻振鑫， 等. 2013. 豬黑皮質素受體3和4基因克隆及分析[J]. 四川大學學報 (自然科學版), 50(4): 899-907.

徐雪, 張劍南, 張耀榮， 等. 2014. 豬GPR84基因克隆和組織表達圖譜分析[J]. 四川大學學報 (自然科學版), 51(5): 1079-1084.

張彥, 于曉婕, 李娟， 等. 2014. 家雞卵清蛋白基因調控序列克隆與分析[J]. 四川大學學報 (自然科學版), 51(3): 609-614.

Altamura AC, Boin F, Maes M. 1999. HPA axis and cytokines dysregulation in schizophrenia: potential implications for the antipsychotic treatment[J]. European Neuropsychopharmacology, 10(1): 1-4.

Brown AJ, Goldsworthy SM, Barnes AA,etal. 2003. The Orphan G protein-coupled receptors GPR41 and GPR43 are activated by propionate and other short chain carboxylic acids[J]. The Journal of Biological Chemistry, 278 (13): 11312-11319.

Fredriksson R, Schioth HB. 2005. The repertoire of G-protein-coupled receptors in fully sequenced genomes[J]. Molecular Pharmacology, 67(5): 1414-1425.

Herman JP, Prewitt CM, Cullinan WE. 1996. Neuronal circuit regulation of the hypothalamo-pituitary-adrenocortical stress axis[J]. Critical Reviews in Neurobiology, 10: 371-394.

Jones PG, Nawoschik SP, Sreekumar K,etal. 2007. Tissue distribution and functional analyses of the constitutively active orphan G protein coupled receptors, GPR26 and GPR78[J]. Biochimica et Biophysica Acta, 1770(6): 890-901.

Kobilka BK. 2007. G protein coupled receptor structure and activation[J]. Biochimica et Biophysica Acta, 1768 (4): 794-807.

Kobilka BK, Deupi X. 2007. Conformational complexity of G-protein-coupled receptors[J]. Trends in Pharmacological Sciences, 28(8): 397-406.

Lee DK, Nguyen T, Lynch KR,etal. 2001. Discovery and mapping of ten novel G protein-coupled receptor genes[J]. Gene, 275: 83-91.

Lee DK, Lynch KR, Nguyen T,etal. 2000. Cloning and characterization of additional members of the G protein-coupled receptor family[J]. Biochimica et Biophysica Acta, 1490(3): 311-323.

Marchese A, George SR, O’Dowd BF. 1998. Cloning of G protein-coupled receptor genes: the use of homology screening and the polymerase chain reaction[J]. New York: Wiley-Liss.

Palczewski K, Kumasaka T, Hori T,etal. 2000. Crystal structure of rhodopsin: a G protein-coupled receptor[J]. Science, 289(5480): 739-745.

Pariante CM, Miller AH. 2001. Glucocorticoid receptors in major depression: relevance to pathophysiology and treatment[J]. Biological Psychiatry, 49: 391-404.

Rybakowski JK, Twardowska K. 1999. The dexamethasone/corticotropin-releasing hormone test in depression in bipolar and unipolar affective illness[J]. Journal of Psychiatric Research, 33(5): 363-370.

Rohrer DK, Kobilka BK. 1998. G protein-coupled receptors: functional and mechanistic insights through altered gene expression[J]. Physiological Reviews, 78(1): 35-52.

Schertler GF, Villa C, Henderson R. 1993. Projection structure of rhodopsin[J]. Nature, 362 (6422): 770-772.

Tautermann CS, Seeliger D, Kriegl JM. 2015. What can we learn from molecular dynamics simulations for GPCR drug design?[J]. Computational and Structural Biotechnology Journal, 13: 112-121.

Underwood SL, Christoforou A, Thomson PA,etal. 2006. Association analysis of the chromosome 4p-located G protein-coupled receptor 78 (GPR78) gene in bipolar affective disorder and schizophrenia[J]. Molecular Psychiatry, 11(4): 384-394.

Unger VM, Hargrave PA, Baldwin JM,etal. 1997. Arrangement of rhodopsin transmembrane alpha-helices[J]. Nature, 399(6647): 203-206.

Xing X, Li Y, Liu H,etal. 2011. Glucose regulated protein 78 (GRP78) is overexpressed in colorectal carcinoma and regulates colorectal carcinoma cell growth and apoptosis[J]. Acta Histochemica, 113(8): 777-782.

Molecular Cloning and Tissue Expression of ChickenGPR78 Gene

HU Yuanyuan, MO Chunheng, WANG Yajun, LI Juan*

(Key Laboratory of Bio-resources and Eco-environment of Ministry of Education, College of Life Sciences, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

G protein-coupled receptor (GPCR), also known as the seven transmembrane receptor, belongs to a large receptor gene superfamily and involves in nearly all physiological processes of organisms.GPR78, as a member of GPCR, is an orphan receptor. At present, little is known about the structure and biological functions of this receptor gene in vertebrates. In this study, using chicken as an animal model, we cloned theGPR78 gene and examined its expression in different tissues of chicken. The results showed that the open reading frame of chickenGPR78 was 1020 bp in length and contained three exons, and this gene was predicted to encode a receptor of 339 amino acids; RT-PCR assay revealed that chickenGPR78 was highly expressed in various brain regions and pituitary, but not in other examined peripheral tissues. The data of study will contribute to explore the physiological roles ofGPR78 gene in chickens.

chicken; G protein-coupled receptors; GPR78; cloning; tissue expression

10.11984/j.issn.1000-7083.20150178

2015-05-12 接受日期：2015-09-14 基金項目：國家自然科學基金項目(31271325; 31272436)

胡媛媛(1989—), 女, 碩士研究生, 研究方向為動物繁殖與分子內分泌, E-mail:1043945258@qq.com

*通信作者Corresponding author， E-mail:lijuanhk@gmail.com

Q78

A

1000-7083(2016)01-0052-06