Highlight:
คุณสมบัติของเปลือกหอยจะประกอบด้วยชั้นของแคลเซียมคาร์บอเนต ที่กระจายอยู่ในแต่ละชั้นย่อยของเปลือกหอย โดยการเรียงตัวของสารเกลือแร่เหล่านี้จะถูกควบคุมโดยยีนและโปรตีนที่สร้างออกมาจากเนื้อเยื่อส่วนแมนเทิลที่อยู่ใต้เปลือกหอยนั่นเอง ในการทดลองนี้ เราได้จำลองกระบวนการการทำลายขอบของเปลือกหอย และทดสอบความเกี่ยวข้องของยีนแคลซินูริน ชนิดเอ และ บี (HcCNA & HcCNB) ในการกระตุ้นการสร้างเปลือกทดแทน ผลการทดลองพบว่า ในหอยที่มีการทำลายขอบของเปลือก จะมีระดับยีนของ HcCNB มีการเพิ่มจำนวนสูงมาก เมื่อเทียบกับยีนส์ HcCNA การทดลองฉีดโปรตีน recHcCNB ที่สร้างจากกระบวนการพันธุวิศวกรรม มีผลในการกระตุ้นการเจริญของเปลือกในบริเวณที่ถูกทำลายได้เป็นอย่างดี เมื่อเทียบกับกลุ่มตัวอย่างควบคุม การสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราด (SEM) พบว่าลักษณะของการเรียงตัวของชั้นเปลือกหอย (ซึ่งปกติแบ่งย่อยออกเป็น 3 โซน คือ โซน prismatic, transition และ nacre) ที่ฉีดด้วยโปรตีน HcCNB เป็นเวลา 3 สัปดาห์ จะมีการเรียงตัวที่แตกต่างกันเป็นอย่างมากกับกลุ่มควบคุม ซึ่งคาดว่าน่าจะเกิดจากการกระตุ้นของโปรตีน HcCNB ต่อกระบวนการสร้างเปลือกหอยโดยตรง จึงสรุปได้ว่าโปรตีน HcCNB ที่สร้างจากชั้นแมนเทิลใต้เปลือกหอย มีความเกี่ยวข้องต่อการซ่อมแซมของเปลือกหอยเมื่อได้รับอันตราย ในหอยเป๋าฮื้อชนิด H. diversicolor และน่าจะมีส่วนเกี่ยวข้องในกระบวนการสะสมเกลือแร่อนินทรีย์ในสัตว์ประเภทหอย 2 กาบหลายชนิดเช่นกัน

Abstract

Abalone shells are mainly composed of two major polymorphs of CaCO₃ that are distributed in different layers of the shell. The process of shell biomineralization is controlled by genes and proteins expressed within the mantle epithelium. In this present paper, we conducted a shell regeneration experiment to study the role of HcCNA and HcCNB (individual subunits of calcineurin) in shell biomineralization in H. diversicolor. The results of qPCR showed that HcCNB is upregulated to a greater extent than HcCNA in the mantle after shell notching. In vivo study of the effects of rHcCNB injection showed a significantly higher percentage of regenerated shell length, but not area, in the injected group compared to the control group. In addition, SEM observation of the inner surface of the regenerated shells revealed three different zones including prismatic, nacreous, and a distinct transition zone. Changes in the crystal organization and ultrastructure are clearly evident in these three zones, particularly after 3 weeks of rHcCNB administration. We hypothesize that this is due to faster biomineralization rates in the rHcCNB treated group. Taken together, our results demonstrate that HcCNB participates in shell regeneration in H. diversicolor. As calcineurin subunits have also been implicated in shell formation in bivalves, these findings suggest that calcineurin subunits may play important roles in biomineralization in all conchiferans.

ที่มาและความสำคัญ

Calcineurin ประกอบด้วย 2 subunits ที่ต้องทำงานร่วมกัน แต่มีรายงานว่า Calcineurin B สามารถทำงานแบบเดี่ยวได้ โดยทำหน้าที่เป็น Calcium chelator จึงเป็นไปได้ว่าที่ Calcineurin B จะกระตุ้นการสร้างเปลือกหอยเป๋าฮื้อได้

KEYWORDS: Shell, Regeneration, Haliotis diversicolor, Biomineralization, Calcineurin

Citation: Buddawong T, Asuvapongpatana S, Suwannasing C, Habuddha V, Sukonset C, Sombutkayasith C, McDougall C, Weerachatyanukul W. 2021. Calcineurin subunit B is involved in shell regeneration in Haliotis diversicolor. PeerJ 2021; DOI 10.7717/peerj.10662

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.วัฒนา วีรชาติยานุกูล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.วัฒนา วีรชาติยานุกูล
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Tiranan Buddawong
แหล่งทุนวิจัย: Royal Golden Jubilee (RGJ)
ภาพถ่าย: รองศาสตราจารย์ ดร.วัฒนา วีรชาติยานุกูล

Highlight:
โปรตีนสังเคราะห์ธรอมโบสปอนดินที่ได้จากเนื้อเยื่อแมนเทิลของหอยเป๋าฮื้อที่สามารถจับกับ TGF-beta สามารถเหนี่ยวนำการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการสร้างกระดูกได้ จึงความเป็นไปได้ที่จะพัฒนาเป็นสารเร่งการซ่อมแซมกระดูกได้

Abstract

Bone morphogenetic proteins (BMPs), which are members of the superfamily of transforming growth factor-β (TGF-β), are known both in vitro and in vivo for their osteoinduction properties on the osteoblastic cells. Its role in the mollusk shell formation has also been gradually established. Using Haliotis diversicolor as a model, we characterized the HdBMP2/4 gene in the mantle tissue and showed its expression in the outer fold epithelium (particularly at the periostracal groove) the epithelial site which is involved in shell formation, both prismatic and nacreous layers. Shell notching experiments following gene analysis by qPCR revealed the up-regulation of the HdBMP2/4 gene up to 3.2 fold than that of the control animals. In vitro treatments of the preosteoblastic cells, MC3T3-E1 with HdBMP2/4 synthetic peptide demonstrated the enhanced effect of many osteogenic genes that are known to regulate bone and shell biomineralization including ALP, Runx2 and OCN with 2-4 fold-change throughout 14 days of culture. In addition, the increased deposition of calcium-based mineral (as assessed by Alizarin red staining) of the treated cells was comparable to the ascorbic acid (Vit C) + glycerophosphate positive control which revealed the enhanced effect of HdBMP2/4 peptide on matrix biomineralization of the preosteoblastic cells. In conclusion, these results indicated the presence of the HdBMP2/4 gene in the mantle tissue at the site involved in shell formation and the effect of the HdBMP2/4 knuckle epitope peptide in osteoinduction in vitro.

ที่มาและความสำคัญ

การสร้างเปลือกหอยมีกระบวนการที่คล้ายคลึงกับการสร้างกระดูก จึงมีความเป็นไปได้ว่าโปรตีนที่เหนี่ยวนำการสร้างเปลือกหอยจะเหนี่ยวนำการสร้างกระดูกได้

KEYWORDS: Bone morphometric protein2/4, Osteoinduction, Shell notching, Biomineralization, Nacreous proteins, Mantle

Citation: Suwannasing C, Buddawong A, Khumpune S, Habuddha V, Weerachatyanukul W, Asuvapongpatana S. Bone morphogenetic protein 2/4 in Mollusk, Haliotis diversicolor: its expression and osteoinductive function in vitro. Marine Biotchnology 2021, 23: 836-846. DOI: 10.1007/s10126-021-10071-2

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.สมลักษณ์ อสุวพงษ์พัฒนา
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.วัฒนา วีรชาติยานุกูล, รองศาสตราจารย์ ดร.สมลักษณ์ อสุวพงษ์พัฒนา
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Chanyatip Suwannasing
แหล่งทุนวิจัย: Mahidol University
ภาพถ่าย: รองศาสตราจารย์ ดร.วัฒนา วีรชาติยานุกูล, รองศาสตราจารย์ ดร.สมลักษณ์ อสุวพงษ์พัฒนา

การศึกษาคุณลักษณะของธรอมโบสปอนดิน ชนิดที่ 1 ซ้ำ (Thrombospondin Type 1 Repeat) ในหอยเป๋าฮื้อ ที่มีบทบาทในการเหนี่ยวนำการสร้างกระดูก

Highlight:
โปรตีนสังเคราะห์ธรอมโบสปอนดินที่ได้จากเนื้อเยื่อแมนเทิลของหอยเป๋าฮื้อที่สามารถจับกับ TGF-beta สามารถเหนี่ยวนำการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการสร้างกระดูกได้ จึงความเป็นไปได้ที่จะพัฒนาเป็นสารเร่งการซ่อมแซมกระดูกได้

ที่มาและความสำคัญ

จากการศึกษา Transcriptome ที่ได้จาก mantle tissue ของหอยเป๋าฮื้อ พบธรอมโบสปอนดิน (trobospondin) เป็นยีนที่ปรากฎเป็นส่วนหนึ่งของยีน ADAMTS3 ที่จะถูกเปลี่ยนเป็นโปรตีนที่อยู่ที่เยื่อหุ้มเซลล์ และอยู่นอกเซลล์ มีคุณสมบัติจับตัวกับ TGF-beta สามารถกระตุ้นการสร้างเปลือกหอยเป๋าฮื้อได้ จึงเกิดข้อสมมุติฐานว่าโปรตีนธรอมโบสปอนดินสามารถเหนี่ยวนำการสร้างกระดูกได้

Abstract

Thrombospondin repeats (TSR) are important peptide domains present in the sequences of many extracellular and transmembrane proteins with which a variety of ligands interact. In this study, we characterized HdTSR domains in the ADAMTS3 protein of Thai abalone, Haliotis diversicolor, based on the transcriptomic analysis of its mantle tissues. PCR amplification and localization studies demonstrated the existence of HdTSR transcript and protein in H. diversicolor tissues, particularly in both the inner and outer mantle epithelial folds. We, therefore, generated a short recombinant protein, termed HdTSR1/2, based on the existence of the WxxWxxW or WxxxxW motif (which binds to TGF-β, a known signaling in bone formation/repair) in HdTSR1 and HdTSR2 sequences and used it to test the osteoinduction function in the pre-osteoblastic cell line, MC3T3-E1. This recombinant protein demonstrated the ability to induce the differentiation of MC3T3-E1 cells by the concentration- and time-dependent upregulation of many known osteogenic markers, including RUNX2, COL1A1, OCN, and OPN. We also demonstrated the upregulation of the SMAD2 gene after cell treatment with HdTSR1/2 protein indicating its possible interaction through TGF-β, which thus activates its downstream signaling cascade and triggers the biomineralization process in the differentiated osteoblastic cells. Together, HdTSR domains existed in an extracellular ADAMTS3 protein in the mantle epithelium of H. diversicolor and played a role in osteoinduction as similar to the other nacreous proteins, opening up its possibility to be developed as an inducing agent of bone repair.

KEYWORDS: Thrombospondin Type 1 Repeat, Osteoinduction, Biomineralization, Abalone, Nacreous Proteins

Citation: Habuddha, V., Suwannasing, ., Buddawong, A. et al. Characterization of Thrombospondin Type 1 Repeat in Haliotis diversicolor and Its Possible Role in Osteoinduction. Mar Biotechnol 23, 641–652 (2021).
https://doi.org/10.1007/s10126-021-10054-3

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.สมลักษณ์ อสุวพงษ์พัฒนา
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.วัฒนา วีรชาติยานุกูล, รองศาสตราจารย์ ดร.สมลักษณ์ อสุวพงษ์พัฒนา
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Valainipha Habuddha, Chanyatip Suwannasing, Aticha Buddawong, Chanyarak Sombutkayasith
แหล่งทุนวิจัย: Mahidol University
ภาพถ่าย: รองศาสตราจารย์ ดร.วัฒนา วีรชาติยานุกูล, รองศาสตราจารย์ ดร.สมลักษณ์ อสุวพงษ์พัฒนา