大黄鲷(Larimichthys crocea)中Kisspeptin受体Kissr3的分子和功能特性研究

时间:2026年3月29日
来源:Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology

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该研究克隆并鉴定了大黄鱼Kissr3受体基因,证实其通过合成Kiss2-10激活Ca²⁺动员、cAMP积累及MAPK/ERK磷酸化等信号通路,组织表达分析显示其在垂体和睾丸中高表达。这一发现为解析硬骨鱼类kisspeptin信号系统提供了分子基础。

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袁昊杰|黄宝义|张瑞|陈友义|李圆洋|梁旭东|吴晨谦|王继秀|王天明|杨静文
国家海洋渔业种质资源探索与利用工程实验室,浙江海洋大学海洋科学与技术学院,中国舟山316022

摘要

Kisspeptin是一种保守的神经肽,通过其相应的G蛋白偶联受体(GPCRs,通常称为Kisspeptin受体(KissRs)调节脊椎动物的生殖功能和其他生理过程。在硬骨鱼类中,广泛的基因复制和谱系特异性分化产生了多种Kisspeptin配体和受体,但单个KissRs的分子特性和信号传导特征尚未完全阐明。在这里,我们从大黄鱼(Larimichthys crocea)中鉴定并克隆了一种Kissr3型受体,命名为LcKissr3。序列和系统发育分析将LcKissr3归类为硬骨鱼类Kissr3亚家族。在人类胚胎肾细胞系(HEK293)中的功能测定表明,合成Kisspeptin-2十肽(LcKiss2-10)的刺激以浓度依赖的方式激活了多种下游信号通路,包括细胞内钙离子(Ca2+)的动员、环腺苷单磷酸(cAMP)的积累以及丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶(MAPK/ERK)的磷酸化。定量实时聚合酶链反应(qRT-PCR)分析进一步显示,lckissr3在多种组织中表达,其中垂体和睾丸中的表达水平最高。这些发现确立了LcKissr3作为一种功能性Kisspeptin受体,并为进一步研究硬骨鱼类中的Kisspeptin信号传导提供了分子基础。

引言

Kisspeptin由< />和< />基因编码,属于RFamide肽家族,是参与调节脊椎动物生殖功能的保守神经内分泌信号系统(Kovács等人,2024年)。Kisspeptin在下丘脑-垂体-性腺(HPG)轴的上游起作用;它们与其相应的G蛋白偶联受体(KissRs)结合,从而调节促性腺激素释放激素(GnRH)神经元的活性,并控制黄体生成激素(Lh)和卵泡刺激激素(Fsh)的分泌(Jamieson和Piet,2022年)。尽管这种肽最初是在人类中被鉴定为一种转移抑制基因产物(Lee等人,1996年),但后续研究——主要在哺乳动物模型中——表明Kisspeptin信号传导在青春期启动、生殖周期和性成熟中起着关键作用(Kotani等人,2001年;Ohtaki等人,2001年;Sivalingam和Parhar,2022年)。保守的C末端Arg-Phe-NH2基序对受体激活和生物活性至关重要。与此作用一致,KISS1或KISS1R的功能丧失突变会导致人类和小鼠的性腺功能减退症,突显了Kisspeptin信号传导在生殖调节中的重要性(Hall等人,2025年;Pasquier等人,2014年;Um等人,2010年)。
在哺乳动物中,Kisspeptin系统相对简单,通常由一对配体-受体(KISS1/KISS1R)组成。然而,单孔目鸭嘴兽(Ornithorhynchus anatinus)保留了两种Kisspeptin配体(Kiss1和Kiss2),这是哺乳动物中的一个显著例外(Pasquier等人,2014年)。成熟的KISS1肽包含一个保守的C末端十肽(Kp-10),这是能够激活位于第三脑室前脑室区(RP3V)和弓状核(ARC)等特定下丘脑核中的GnRH神经元的最小生物活性单位(Navarro等人,2005年;Roseweir和Millar,2009年)。KISS1或KISS1R的基因破坏会导致青春期启动和生育能力的严重缺陷,Kisspeptin信号传导将类固醇反馈以及哺乳和代谢应激等生理状态整合到生殖轴中(Hackwell等人,2025年;Koysombat等人,2025年)。因此,哺乳动物中的研究为Kisspeptin信号传导提供了一个基于单一配体-受体对及其对GnRH神经元调节的成熟概念框架。
然而,在硬骨鱼类中,Kisspeptin系统表现出明显的多样化。大多数物种拥有两个同源配体基因< />和< />,以及多种受体亚型,包括< />和< />(Biran等人,2008年;Kitahashi等人,2009年)。这些基因衍生的成熟肽——YNLNSFGLRY(Y-Y形式)用于Kisspeptin-1(Kiss1)和FNYNPFGLRF(F-F形式)用于Kisspeptin-2(Kiss2)——是能够以物种依赖的方式调节垂体激素合成和生殖行为的最小生物活性单位(Shen等人,2024年;Sivalingam和Parhar,2022年)。例如,Kiss1在金鱼(Carassius auratus)中上调Lh和生长激素(Gh)的表达(Yang等人,2010年);而Kisspeptin肽在欧洲鳗鱼(Anguilla anguilla)中抑制Lh的转录(Pasquier等人,2018年)。在斑马鱼(Danio rerio)中,kiss1的表达与求偶行为相关;然而,基因敲除研究表明存在保持生育能力的补偿途径(Guo等人,2023年;Tang等人,2015年)。总的来说,硬骨鱼类保留了哺乳动物中的核心生殖功能,但在配体水平上表现出显著的多样性——包括肽的形式、基因库和物种依赖的生理输出。这种进化灵活性表明,它们的相应受体可能在信号传导特性上也表现出类似的多样性,这一点得到了越来越多以受体为中心的研究的支持。
Kisspeptin受体属于A类G蛋白偶联受体家族,其特征是七个跨膜结构域(TM1–TM7)和参与配体识别和信号转导的保守基序(Gottsch等人,2009年;Kotani等人,2001年)。虽然哺乳动物通常只有一个受体KISS1R,但大多数硬骨鱼类保留了两个或更多的受体亚型,如Kissr2和Kissr3,这些亚型代表了祖先Kisspeptin受体的硬骨鱼类同源物,据认为是由硬骨鱼类特有的全基因组复制后随谱系特异性基因丢失产生的(Pasquier等人,2018年;Wang等人,2022年)。在哺乳动物中,KISS1R的激活通过Gq/11信号通路刺激磷脂酶C(PLC)依赖的细胞内Ca2+动员(Kotani等人,2001年;Ohtaki等人,2001年),也可以激活丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶(MAPK/ERK)通路(Gottsch等人,2009年),从而将受体激活与下游转录和神经内分泌反应联系起来(Roseweir和Millar,2009年)。Kisspeptin受体已在几种硬骨鱼类物种中被克隆并进行了功能研究,包括尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)(Parhar等人,2004年);青鳉(Oryzias latipes)(Kanda等人,2013年)和欧洲鳗鱼(Filby等人,2008年)。值得注意的是,这些研究揭示了细胞内信号反应的显著多样性。例如,在斑马鱼中,Kissr3被报道可以激活腺苷酸环化酶/cAMP/蛋白激酶A(AC/cAMP/PKA)和磷脂酶C/Ca2+/蛋白激酶C(PLC/ Ca2+/PKC)通路;而Kissr2似乎更倾向于与PKC信号通路结合(Biran等人,2008年;Song等人,2020年)。在青鳉(Kanda等人,2013年)和日本鲭鱼(Scomber japonicus)(Ohga等人,2013年)以及欧洲海鲈(Dicentrarchus labrax)(Felip等人,2015年)和半光滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)(Wang等人,2017b)等物种中也观察到了类似的亚型特异性差异。总体而言,现有数据表明硬骨鱼类的Kisspeptin受体在亚型使用和细胞内信号传导方面存在显著差异,反映了广泛的谱系特异性分化。然而,只有少数物种的受体功能得到了实验验证,个别受体异构体的生理意义——包括它们的组织分布、信号输出和可能的非生殖作用——仍然不明确。这激发了进一步进行物种特异性功能分析的必要性。
大黄鱼(Larimichthys crocea)是一种经济上重要的海洋硬骨鱼类,其生殖活动受到光周期和温度等环境线索的强烈调节,通过神经内分泌途径实现(Feng等人,2023年)。基因组注释表明L. crocea拥有一个< />基因;而< />似乎不存在。这种基因组合与几种硬骨鱼类谱系中报告的< />的谱系特异性丢失一致(Pasquier等人,2014年;Wang等人,2022年)。尽管越来越多的证据表明激素和光周期调节参与了L. crocea的生殖生理(Liang等人,2025年;Yan等人,2022年),但其Kisspeptin受体的分子身份和细胞内信号特性仍大部分未知。在本研究中,我们从L. crocea中鉴定并克隆了一种Kisspeptin受体LcKissr3,并在其异源表达系统中表征了其分子特征、系统发育位置以及对合成LcKiss2-10的细胞内信号反应。我们进一步检查了lckissr3在生殖阶段的组织水平转录谱,为其潜在作用提供了生理背景。

动物、样本收集、RNA提取和cDNA合成

L. crocea个体来自浙江省舟山市渔业研究所。2025年1月收集的鱼(总长度12.0 ± 1.5厘米)被标记为M2(雄性)和F2(雌性),2025年4月收集的鱼(18.0 ± 1.5厘米)被标记为M3和F3,2025年8月收集的鱼(30.0 ± 2.5厘米)被标记为M4和F4。采样前,所有鱼都在室内循环海水系统中适应了两周,环境稳定

LcKissr3的分子特征和系统发育分析

LcKissr3的全长编码序列(CDS)为1107 bp,编码一个包含368个氨基酸的蛋白质。预测的受体含有两个N连接的糖基化位点(N17和N302)和28个潜在的磷酸化位点,包括17个丝氨酸(S4、S14、S41、S52、S128、S141、S154、S156、S161、S165、S187、S230、S255、S285、S299、S301、S366)、7个苏氨酸(T59、T66、T92、T146、T184、T216、T333)和4个酪氨酸残基(Y71、Y133、Y238、Y310)(图1)。二级结构建模

讨论

比较基因组筛查显示L. crocea拥有一个< />基因,缺乏< />。类似的基因组配置已在几种硬骨鱼类谱系中被报道,包括河豚(Takifugu rubripes)(Felip等人,2009年);三刺鱼(Gasterosteus aculeatus)(Shahjahan等人,2010年);尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)(Park等人,2016年);和半光滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)(Wang等人,2017a);这表明< />的谱系特异性丢失。

结论

总之,我们从大黄鱼(Larimichthys crocea)的基因组数据库中鉴定了一种Kisspeptin受体(LcKissr3)。生物信息学分析揭示了保守的基因结构、预测的跨膜拓扑结构和关键分子特征,系统发育分析确认了其属于Kissr3亚家族。在异源HEK293表达系统中的功能测定表明,LcKiss2-10的刺激诱导了剂量依赖的细胞内Ca2+反应
CRediT作者贡献声明
袁昊杰:撰写——原始草稿,可视化,验证,方法学,研究,正式分析,数据管理,概念化。黄宝义:方法学,研究。张瑞:研究。陈友义:研究。李圆洋:研究。梁旭东:方法学。吴晨谦:方法学。王继秀:撰写——审稿与编辑,监督,概念化。王天明:撰写——审稿与编辑,监督,资源获取,概念化。
在撰写过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本手稿期间,使用了AI辅助语言工具来提高文本的清晰度和可读性。作者仔细审查并编辑了内容,并对最终版本的手稿负全责。
资助
本研究得到了国家自然科学基金(32503164和42076130)、浙江省高校和科研机构基本研究经费(2024J002)以及国家重点研发计划(2023YFD2401905)的支持。
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。

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