基本信息
- 项目名称：
- 砷对小鼠脑组织长时程记忆相关重要蛋白CaMKⅣ表达的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 全球至少有5000万人口正面临着地方性砷中毒的威胁，其中1/5以上为儿童，我国是受地砷病危害最为严重的国家之一。流行病学研究表明，经水慢性无机砷暴露儿童的智力下降，而且智力下降水平与砷暴露剂量有关。砷在自然界分布很广，多以重金属的砷化合物和硫化合物形式存在。天然水中含微量砷，水中含砷量高，除地质因素外，平时主要来自工业废水和农药的污染，战时来自化学战剂的染毒，投毒也可使水中出现较高浓度的砷。
- 详细介绍：
- LTP 和LTD是神经突触可塑性的一种形式，在运动性学习记忆过程中发挥重要作用。长时程记忆分为早期、中期和晚期记忆。相关研究报道，晚期可持续数小时到数天，需要CaMK Ⅳ基因转录及蛋白合成，这是长时程记忆的重要机制。越来越多动物实验证明，CAMP反应元件结合蛋白（CAMP responsive element binding protein，CREB）在介导晚期基因CaMK Ⅳ转录及蛋白合成过程中具有不可替代的作用。CREB是cAMP通路下游的一种核转录因子，其上133位的丝氨酸可被PKA、Ca2+/CaM依赖性激酶、PKC等磷酸化，磷酸化的CREB可结合到CRE序列的DNA上，从而调控CaMK Ⅳ等靶基因的表达,亚慢性砷暴露能够抑制CREB的磷酸化，使CaMK Ⅳ基因表达下降。我们从基因水平和蛋白水平分别应用基因芯片技术和Western blot方法对基因CaMK Ⅳ及其蛋白的表达进行验证。 目的 研究亚慢性砷暴露对小鼠脑组织长时程记忆重要蛋白CaMKⅣ表达的影响，探讨砷的神经毒作用机制。 方法 取SPF级小鼠30只，雌雄各半。按体重将小鼠随机分为3组：1 ppm三氧化二砷（As2O3）染毒组；4 ppm As2O3染毒组；蒸馏水对照组。动物自然饮水和饮食，室温18～25℃。通过饮用含不同浓度As2O3蒸馏水的方式使小鼠暴露于砷。连续染毒60天后，颈椎脱臼法处死小鼠。用质谱检测脑组织神浓度，用Western blot方法检测CaMK Ⅳ蛋白表达，用基因芯片方法检测CaMK Ⅳ基因表达。采用SPSS11.5统计软件,用单因素方差分析(ANOVA),比较各组间计量资料的统计学差异,以P<0.05表示统计学差异显著。 结果 对照组和1、4 ppm As2O3染毒组小鼠脑组织砷的浓度分别为4.53、20.74 、29.97 ng/g，染砷组显著高于对照组 (P <0.05)。砷暴露导致小鼠脑组织CaMK Ⅳ基因和蛋白的表达显著低于对照组。 结论 亚慢性砷暴露使砷在小鼠脑组织蓄积,并能显著下调CaMK Ⅳ在基因和蛋白水平的表达。以上研究结果显示，CaMK Ⅳ可能是砷诱导的神经毒性作用的靶蛋白。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 研究亚慢性砷暴露对小鼠脑组织长时程记忆重要蛋白CaMKⅣ表达的影响，探讨砷的神经毒作用机制。取SPF级小鼠30只，雌雄各半。按体重将小鼠随机分为3组：1 ppm、4 ppm As2O3染毒组；蒸馏水对照组。通过饮用含不同浓度As2O3蒸馏水的方式使小鼠暴露于砷。连续染毒60天后，颈椎脱臼法处死小鼠。用质谱检测脑组织神浓度，用Western blot方法和基因芯片方法检测CaMK Ⅳ蛋白及基因强度。
科学性、先进性及独特之处
- 1. 证明CaMK Ⅳ是砷神经毒性作用的靶点。 2. 证明砷暴露小鼠脑组织CaMK Ⅳ的差异表达与神经行为异常之间的关联性。 3. 为阐述砷的神经毒性机制提供分子毒理学依据。
应用价值和现实意义
- 从分子和蛋白水平观察砷暴露对小鼠脑组织长时程记忆关键基因CaMK Ⅳ表达的影响，探讨砷的神经毒作用机制。证明CaMK Ⅳ是砷神经毒性的作用靶点，为阐述砷中毒的神经毒理学机制提供分子学依据。为公共卫生和人群健康提供健康指导。
学术论文摘要
- 目的 研究亚慢性砷暴露对小鼠脑组织长时程记忆重要蛋白CaMKⅣ表达的影响，探讨砷的神经毒作用机制。 方法 取SPF级小鼠30只，雌雄各半。按体重将小鼠随机分为3组：1 ppm三氧化二砷（As2O3）染毒组；4 ppm As2O3染毒组；蒸馏水对照组。动物自然饮水和饮食，室温18～25℃。通过饮用含不同浓度As2O3蒸馏水的方式使小鼠暴露于砷。连续染毒60天后，颈椎脱臼法处死小鼠。用质谱检测脑组织神浓度，用Western blot方法检测CaMK Ⅳ蛋白表达，用基因芯片方法检测CaMK Ⅳ基因表达。采用SPSS11.5统计软件,用单因素方差分析(ANOVA),比较各组间计量资料的统计学差异,以P<0.05表示统计学差异显著。
获奖情况
- 获得校级大学生课外作品大赛二等奖
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1.John Tibbetts.Arsenic and intellectual function:Bangladeshi Children at Risk [J].Environ Health Perspeet,2004, 112(13)；A758–A759. 2.Rogdrigu ez VM.The efects of sodium arsenite exposure on behavioral par- ameters in the rats.Brain Res Bull,2001 15: 301- 308. 3.Rogdriguez VM. Efects of oral exposure to mining waste on in vivo dopamine release from rat striatum.Environ Health Perspect,1998, 106(8): 487-491 4.Piao F, Ma N, Hiraku Y, Murata M, Oikawa S, Cheng F, Zhong L, Yamauchi T, Kawanishi S, Yokoyama K. Oxidative DNA damage in relation to neurotoxicity in the brain of mice exposed to arsenic at environmentally relevant levels, J Occup Health 2005, 47(5): 445-9.
同类课题研究水平概述
- Wasserman等[1]对孟加拉境内的1个高砷区进行的队列研究发现，该区儿童智商值有不同程度的降低，其降低程度与饮用水含砷量、尿含砷量相关，但与水砷的相关性高于尿砷。林亮等[2]对儿童智力群体抽样调查发现，地方性砷中毒病区儿童智商均值比全国农村儿童智商理论分布值低。说明病区儿童智力发育障碍明显，智力受到了不同程度的损伤。李洪才等应用双盒电击法对实验大鼠进行行为学测试，发现染砷组大鼠与对照组比较，记忆力明显降低[3]，说明砷化物可以显著影响大鼠的记忆功能，对其行为产生一定的影响。张晨等通过平面翻正反射和悬崖回避试验发现，染砷大鼠子代的学习与记忆能力显著降低[4]。Rodriguez等也通过实验观察，发现染砷大鼠活动量减少，认知行为表达出现大量错误[5]。这些研究进一步表明，一定剂量的砷摄入可对学习与记忆能力产生负面影响。
