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清华大学孟安明研究组斑马鱼神经干细胞研究新进展

摘要 : 斑马鱼是目前生命科学研究中重要的模式脊椎动物之一。清华大学优发国际与技术系孟安明教授的课题组对特定基因在斑马鱼神经干细胞中的功能进行了深入研究,发现sp8基因和sp8-like基因有抑制初级神经元形成的作用,而且两个基因能够协同工作。 Sp8属于锌指转录因子家族成员,它特异性的表达在中枢神经系统和肢芽。
斑马鱼是目前生命科学研究中重要的模式脊椎动物之一。清华大学优发国际与技术系孟安明教授的课题组对特定基因在斑马鱼神经干细胞中的功能进行了深入研究,发现sp8基因和sp8-like基因有抑制初级神经元形成的作用,而且两个基因能够协同工作。

Sp8属于锌指转录因子家族成员,它特异性的表达在中枢神经系统和肢芽。有文献报道斑马鱼的Sp8对于次级神经元中gata-2的不表达是必需的,暗示了sp8可能参与了次级神经元的分化。

研究中,课题组通过显微注射sp8和sp8-like的morpholino和RNA,选择初级神经元的标记基因进行原位杂交,并发现降低体内sp8和sp8-like表达水平导致标记基因表达升高——这意味着初级神经元形成增多,而过量表达外源相应基因的胚胎结果相反,则说明sp8和sp8-like基因在体内有抑制初级神经元形成的作用,而且这两个基因的功能是协同的。

为了进一步证明上述结果,研究组选择了转基因斑马鱼TG::huC(S)-GFP(M4-GM2)作为研究模型,其中GFP特异表达在背侧的初级RB神经元中。他们发现抑制sp8和sp8-like基因表达能够协同促进初级RB神经元的形成。

在这些结果基础上,研究人员推测sp8和sp8-like基因在体内的作用可能是抑制神经干细胞分化为初级神经元,维持其增殖的特性,并在特定的时期促进其分化为次级神经元。

为了证明以上假设,他们利用转基因鱼TG::GATA2-GFP(其中GFP特异的表达在次级神经元中)发现减少体内的sp8和sp8-like基因的表达能够协同的减少次级神经元的形成。利用次级运动神经元特异性的抗体,通过免疫组化实验,研究人员重复了上述结果。

为了证明sp8和sp8-like基因在体内能够维持神经干细胞的增殖,研究组通过BrdU的免疫组化,发现注射morpholino的胚胎神经管中增殖的细胞数减少,进一步证明了上述假设。

孟安明,项目首席科学家。现任清华大学生物系副系主任,教育部长江学者特聘教授,校学术委员会委员,兼任中国动物学会副理事长、中国细胞生物学会理事、Asia-Pacific Developmental Biology Network组委会委员。2000年获得国家杰出青年基金、香港求是基金会“杰出青年学者奖”、教育部优秀青年教师奖。1990年在英国诺丁汉大学遗传系获得博士学位;1990-96年在中国农业大学生物学院先后做博士后和任副教授。 1996-1998年在美国佐治亚医学院做访问研究,在世界上制备了第一例组织特异性表达GFP的转基因脊椎动物,建立了利用活体胚胎对多组织表达基因的调控机制的研究技术。98年回国到清华大学任教授,在国内建立了第一个专门以斑马鱼为对象开展脊椎动物胚胎发育机制前沿研究的实验室。近几年来,克隆了100多个胚胎组织特异性表达的新基因,利用DNA芯片技术发现了几个FGF信号的新的介导因子和抑制因子,还发现了一种调控Nodal信号的中胚层诱导作用的新机理。迄今已在包括Science、EMBO J.、Dev. Biol.在内的国际知名刊物上发表数十篇论文,已被引用近500次。

孟安明教授的研究领域是发育生物学。利用斑马鱼为模式动物,研究胚胎早期发育中的中胚层诱导作用、神经诱导作用、背腹分化和前后轴线分化的分子机理。2004年他所领导的研究组发现了调控动物胚胎中胚层形成的一种新机理,是我国发育生物学领域中的一个突破性成果。

孟安明课题组曾通过对斑马鱼Dapper2 (Dpr2)基因的功能研究,发现了一种抑制Nodal信号的中胚层诱导活性的新机制。Dpr2基因在斑马鱼晚囊胚和早期原肠胚的中胚层前体细胞中特异表达,其表达过量或不足均引起严重的胚胎发育缺陷。在胚胎中抑制Dpr2的活性后,两个Nodal基因Sqt和Cyc的表达增强,其自身的表达也增强,另一些中胚层标记基因也增强表达,中胚层组织增加;而在胚胎中过量表达Dpr2后,有关的中胚层标记基因的表达减弱,部分中胚层组织发育不全;另一方面,抑制Dpr2的表达可以减弱Lefty1对Nodal信号的抑制作用,也可以使Nodal信号缺失突变体oep的缺陷表型部分地恢复正常。这些结果表明,Dpr2的正常功能是抑制Nodal信号的活性。

在体外系统中的实验表明,Dpr2的过量表达同样可以抑制TGFβ的信号转导。Dpr2蛋白定位在晚期胞吞体中,它主要与激活并胞吞后的TGFβ受体结合,可能促进携带了TGFβ受体的晚期胞吞体向溶酶体运动,从而促进这些受体在溶酶体中的降解。该研究成果加深了对胚胎中胚层组织发育的调控机理的了解,对于研究人类出生缺陷的遗传机理有借鉴意义。该项研究成果发表在著名的Science杂志上并被评选为2004年度“中国高等学校十大科技进展”之一。
原文摘要: A β-Catenin-Independent Dorsalization Pathway Activated by Axin/JNK Signaling and Antagonized by Aida Axin is a scaffold protein that controls multiple important pathways, including the canonical Wnt pathway and JNK signaling. Here we have identified an Axin-interacting protein, Aida, which blocks Axin-mediated JNK activation by disrupting Axin homodimerization. During investigation of in vivo functions of Axin/JNK signaling and aida in development, it was found that Axin, besides ventralizing activity by facilitating β-catenin degradation, possesses a dorsalizing activity that is mediated by Axin-induced JNK activation. This dorsalizing activity is repressed when aida is overexpressed in zebrafish embryos. Whereas Aida-MO injection leads to dorsalized embryos, JNK-MO and MKK4-MO can ventralize embryos. The anti-dorsalization activity of aida is conferred by its ability to block Axin-mediated JNK activity. We further demonstrate that dorsoventral patterning regulated by Axin/JNK signaling is independent of maternal or zygotic Wnt signaling. We have thus identified a dorsalization pathway that is exerted by Axin/JNK signaling and its inhibitor Aida during vertebrate embryogenesis. 作者:网友 点击:
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