Sonic Hedgehog基因及其在发育过程中的调控作用

Sonic Hedgehog(Shh)基因属于Hedgehog(Hh)基因家族,该家族最早在果蝇体内被发现,进化上呈高度保守状态。Sonic Hedgehog定位在7号染色体长臂远端(7q36),其通过细胞表面特殊受体Patched(Ptc)和Smoothened(Smo)被接收和传导,从而激活锌指蛋白C i/G li家族。Sonic Hedgehog基因作为重要的形态发生素,在胚胎发育、机体器官组织形成的过程中发挥了重要的作用,它的缺失或者失活会导致一系列严重的遗传疾病。其与体节、神经管、消化道、头面部、上下肢芽的发育以及肿瘤形成等有密切关系。本文主要就Sonic Hedgehog基因及其在发育中的调控作用作一综述。     

Pax—6基因在发育中的表达与动物眼的进货

近年在脊椎动物和无脊椎动物中分离出Pax-6基因及其同源基因,这些基因都与动物的眼与神经系统的发育和形态发生有关。本文着重比较了无脊椎动物果蝇、文昌鱼、哺乳动物小鼠和人的Pax-6基因编码蛋白,Pax-6基因在发育过程中的表达,Pax-6与眼进化的关系等几个方面,并介绍Pax-6基因为靶基因的转基因果蝇的上游制作技术和原理,探讨了Pax-6基因作为眼发育的主导基因的作用和时空表达模式的保守性。     

Pax-6基因在发育中的表达与动物眼的进化

近年在脊椎动物和无脊椎动物中分离出Pax-6基因及其同源基因,这些基因都与动物的眼与神经系统的发育和形态发生有关.本文着重比较了无脊椎动物果蝇、文昌鱼、哺乳动物小鼠和人的Pax-6基因编码蛋白,Pax-6基因在发育过程中的表达,Pax-6与眼进化的关系等几个方面,并介绍Pax-6基因为靶基因的转基因果蝇的上游制作技术和原理.探讨了Pax-6基因作为眼发育的主导基因的作用和时空表达模式的保守性.     

SonicHedgehog基因及其在发育过程中的调控作用

SonicHedgehog（Shh）基因属于Hedgehog（Hh）基因家族,该家族最早在果蝇体内被发现,进化上呈高度保守状态。SonicHedgehog定位在7号染色体长臂远端（7q36）,其通过细胞表面特殊受体Patched（Ptc）和sInoothened（smo）被接收和传导,从而激活锌指蛋白Ci／Gli家族。SonicHedgehog基因作为重要的形态发生素,在胚胎发育、机体器官组织形成的过程中发挥了重要的作用,它的缺失或者失活会导致一系列严重的遗传疾病。其与体节、神经管、消化道、头面部、上下肢芽的发育以及肿瘤形成等有密切关系。本文主要就SonicHedgehog基因及其在发育中的调控作用作一综述。     

果蝇心脏发育研究三十年进展

果蝇(Drosophila melanogaster)作为最早用于研究心脏发育基因调控的模式生物,已经走过三十年的历程。果蝇心脏发育过程经历了胚胎期、幼虫期和成虫期三大阶段。在胚胎早期, Tinman、Dorsocross和Pannier等基因是关键的调控因子。Tinman参与最早的心脏前体细胞分化和心脏细胞形成,而Dorsocross和Pannier则影响心脏前体细胞的定向分化和心脏管腔的形成。进入胚胎晚期和幼虫期,果蝇的心管经历进一步的发展和重塑,该过程主要受到转录因子Hand、Mef2以及Hox基因家族的调控。在成虫期, Hox基因家族和Tinman依旧发挥重要作用。虽然果蝇心脏与脊椎动物成熟心脏存在形态上的差异,但两者心脏的早期发育过程以及调控基因和信号通路都有保守性。本文综述了果蝇心脏发育基因调控研究的三十年进展以及利用果蝇模型研究人类心脏相关疾病的潜在希望。     

hedgehog基因家族与果蝇和脊椎动物的发育

hedgehog(hh)家族基因编码一类分泌性信号分子,在果蝇的体节和成虫盘、脊椎动物的神经管、体节和肢的图式形成中具有重要作用。HH蛋白经过自我剪切形成两种产物,HH-N和HH-C。其中HH-N具有全部的信号活性。HH蛋白的自我加工过程可对HH-N进行修饰而影响其空间分布。     

心脏早期发育的基因控制

果蝇和脊椎动物的心脏发育在早期具有惊人的相似性,两似从两侧心肌中胚层分化出心脏前体细胞,再在胚肿的中部形成一个管状结构,有研究结果表明,果蝇心脏发育基因控制模型是代替人体心脏发育研究的一个理想模式。     

果蝇翅原基发育分化的主要过程及分子机理

翅原基发育分化与昆虫的个体发育紧密联系, 对昆虫翅发育的研究有助于阐述昆虫的发育过程。另外, 翅的形成是一些农林害虫泛滥的主要原因之一, 研究翅发育分化有助于我们从翅发育的角度控制农林害虫。目前, 翅发育分化在果蝇Drosophila中研究已较为深入详细。果蝇翅发育分化主要包括4个阶段： 翅原基（wing disc）的确定, 前-后（antero-posterior, A-P）和背-腹（dorso-ventral, D-V）组织中心（organizing center）的建立, 翅区（wing region）的确定, 以及翅区的进一步分化。具有homeobox序列的基因（homeobox 基因）如Engrailed (En)、 Apterous (Ap)和Ultrabithorax (Ubx), 分泌蛋白如Wnt家族成员Wingless (Wg)及TGF-β超家族成员Decapentaplegic (Dpp)和Hedgehog (Hh), 以及翅原基特有的核蛋白编码基因Vestigial (Vg), 共同调控了翅原基的正常发育分化。本文综述了果蝇翅原基发育分化的过程及分子机理方面的研究发现, 为翅原基的研究提供了参考。     

Hedgehog信号通路在哺乳动物生殖系统中的功能

Hedgehog是编码一系列分泌蛋白的基因家族,它在果蝇中调控着许多发育事件,如：翅膀、体节、腿和眼睛的发育等。Hedgehog蛋白在哺乳动物中共发现三类,它们与哺乳动物的胚胎发育和组织发生过程都有密切关系,而在哺乳动物的生殖系统中这三类Hedgehog分子的表达部位、作用部位、下游分子、激活的分子及最终的功能都有不同。Ihh的信号通路在围着床期对子宫的着床准备起作用,Dhh主要调节精子的发生,Shh对哺乳动物的乳腺及前列腺的发育有重要作用。     

斑马鱼—发育生物学研究的最佳脊椎动物模型

从八十年代初开始的、通过突变体分离早期胚胎发育基因的研究,揭示了无脊椎动物果蝇形态发生的分子机制,成为1995年诺贝尔生理或医学奖的主要内容,同时也标着发育生物学已经成为生物学的带头学科。该成果的取得得益于果蝇具备发育生物学研究模型的特点,即可同时进行胚胎学和发育遗传学研究。在脊动物发育生物学研究方面,由于缺少适当的研究模型,有关早期胚胎发育基因表达调鬼斧神工的研究始终未获突破性进展。包括小鼠、鸡、爪蟾等在一些脊椎动物都只适用于胚胎学或者遗传学某一学科的研究,均不是理想的发育生物学研究模型。一种小型的鲤科鱼－斑马鱼,逐渐成为发育生物学研究的最佳脊椎运动模型。它光周期产卵、卵大,胚胎在体外发育,胚胎发育速度快,早期胚胎完全透明,这些特点使它成为很好的脊椎动物胚胎学研究模型;同时,它个体小,产卵量大,产卵周期短,单倍体、雌核发育二倍体的制作和突变体的获得均较容易,精子可以冷冻保存,所有这些特点又使斑马鱼非常适合于发育遗传学研究。本文将详细论述斑马鱼作为脊椎动物发育生物学研究模型的特点,以及作为模型动物正在进行的有关工作。     

心脏发育的基因调控

心脏发育是一个复杂的过程.在脊椎动物和无脊椎动物果蝇中驱动早期心脏分化的基因具有惊人的相似性.以果蝇、斑马鱼、小鼠等作为模式动物,以心脏的发育过程为主线,探讨了心脏发育的基因调控的研究进展.     

果蝇心脏发育基因调控的研究进展

果蝇心脏的发育是一个受到一系列基因共同调控的复杂过程,这些基因在脊椎动物和无脊椎动物果蝇中具有惊人的相似性,对于它们功能的研究将有助于揭示人类心脏发育的过程及分子控制机理.通过将果蝇作为一种重要的模式动物,对心脏发育基因调控的研究进展作一综述.     

脊椎动物肢芽发育图式形成的分子机理

本文简要介绍了有关脊椎动物肢芽发育图式形成分子机理研究的一些进展,提出了一个分子模型。肢芽发育图式的形成是肢芽外胚层与肢芽中胚层相互诱导的结果。肢芽外胚层AER表达的FGF、肢芽中胚层表达的Shh蛋白、肢芽外胚层表达的TGFβ家族成员(如Wnt-7a)是分别决定肢芽的近远端轴、前后轴和背腹轴的关键分子。视黄酸类似物和同源异形蛋白直接或间接地调节Shh蛋白和FGF的表达,影响肢芽的图式形成。这些重要的调控分子通过一定途径相互调节,形成一个协调的基因表达调控网络,从而使肢芽的图式形成过程中3个肢轴的形成协调进行。     

控制果蝇心脏早期发育的基因研究进展

果蝇心脏早期发育与脊椎动物乃至人具有相似的分子机理,自90年代以来,通过P转位子诱变方法已鉴定出20多个与果蝇早期发育相关基因,这为揭示人体心脏发育的基因调控机理提供了重要的依据。     

影响果蝇心脏发育的基因突变

最近的研究表明,果蝇与脊椎动物及人的心脏早期发育具有极为相似的基因控制机理,果蝇已成为研究人体心脏早期发育基因控制的理想模式动物。利用化学诱变剂甲磺酸乙酯大规模地诱变影响果蝇心脏发育的基因,利用心脏特异性抗体染色进行筛选,获得了112个有心脏突变表型的致死系,其中32个致死系的心脏畸变表型有别于目前已知心脏发育基因的突变表型。细胞遗传学定位研究表明在多线染色体的13个带纹区的某些隐性致死突变基因是目前未知的,其功能可能与发育有关的基因。     

Numb与神经发育

不对称性细胞分裂是一个母细胞通过一次分裂,产生两个不同命运的子细胞的分裂方式,是单细胞生物向多细胞生物进化的关键一步。根据现有的证据推论,不称性细胞分裂是在器官发育过程中产生细胞多样化的一种基本方式。Numb是第一个被发现决定多细胞生物不对称细胞分裂的信号蛋白。在果蝇中,Numb通过促进Notch泛素化拮抗Notch信号通路,从而决定子细胞的命运,后来的研究表明Numb是细胞内吞调节蛋白,并用通过内吞参与调节神经细胞的粘附,轴突的生长及细胞迁移等过程;并且发现Numb与肿瘤抑制基因p53、泛素化蛋白HDM2形成三聚体抑制p53的泛素化,从而调节肿瘤的恶性程度。本文系统地分析了Numb发现的历史及后来在脊椎动物中的作用和机制,重点介绍了Numb在神经发育过程中的功能。     

利用RNAi技术研究果蝇心脏发育基因的功能

RNAi是近两年发展起来的一种阻抑基因表达的新方法。它通过导入一段与内源基因同源的双链RNA序列（dsRNA）,使内源mRNA降解,从而达到阻抑基因表达的目的。目前已在线虫、果蝇、臭虫、真菌及植物等生物中建立RNAi技术,用于研究某些特定基因或已知基因在特定发育时期的功能。对于难于获得突变体的基因或生物体,RNAi技术尤其有效。虽然果蝇心脏发育基因wingless和tinman在果蝇心脏发育的早期功能已经清楚,它们都与果蝇心脏前体细胞的形成有关,但它们在果蝇心脏发育的后期功能仍有待进一步研究。实验运用RNAi技术,分别将tinman和wingless的dsRNA注入果蝇的早期胚胎,得到了这两个基因的dsRNA干扰表型,与两个基因的突变体表型非常相似,都表现为果蝇心脏前体细胞不能形成或心脏管缺失。尤其是tinman基因的dsRNA,还引起了肠中胚胎层缺失和体壁肌肉组织的紊乱,而wingless基因的dsRNA却只影响心脏的形成,而不影响肠中胚层,说明dsRNA干扰具有非常强的特异性,因而不失为研究果蝇心脏发育基因功能的有效方法。     

高流动性蛋白基因过量表达对果蝇发育的影响

HmgD基因编码果蝇高流动性蛋白（High mobility group proteins, HMG）的同源物,它可以参与染色质的组装。目前关于HMGD蛋白在果蝇胚胎发育过程中的作用尚无定论。我们采用UAS-Gal4系统,通过功能获得性突变的方法研究了HmgD基因过量表达对果蝇发育的影响。结果表明：HmgD过量表达对果蝇胚胎期发育的影响较弱,而对后期幼虫的发育具有很大的影响;HmgD过量表达的果蝇胚胎死亡率增高,但这种影响不是很大,因为一部分胚胎仍然能够发育至成体;但是当HmgD在广泛表达的Gal4驱动子（ActGal4）的控制下过量表达时导致子代大量死亡,特别是用4个拷贝的转基因果蝇进行杂交时,后代中的突变型在三龄幼虫末期全部死亡;部分突变型幼虫体内长有黑色素瘤,其血淋巴中的血细胞数量极显著地高于野生型。RT-PCR分析表明,突变幼虫中与血细胞增殖有关的Ras-MAPK途径和Toll途径被异常激活。这些结果显示：HmgD过量表达可能引起染色质结构疏松,激活了特定的转录因子,从而引发了三龄幼虫期异常的转录调控,并导致幼虫死亡。     

利用果蝇模型研究人类心脏早期发育的分子机理

近年来,果蝇心脏转化的遗传机制已初步研究清楚,但控制人类心脏早期发育的基因尚待鉴定。因为调控果蝇和脊椎动物早期心脏细胞命运定型的途径具有保守性,果蝇是一种探讨人类心脏早期发育的分子机理的理想动物模型。为此目的,我们采用P转座子和EMS诱变技术建立了约3000个隐性致死基因平衡系。通过心脏前体细胞特异性抗体免疫组化筛选,我们选出200余个表现心脏突变表型的平衡致死系。我们进一步利用RNAi技术对一些基因的功能进行了初步的研究,证明这些基因表现RNAi的突变表型,该类突变表型与基因突变时表现的表型相似,即心管呈缺陷型或无心脏前体细胞形成。利用果蝇和人类基因组计划获得的成果,我们从果蝇心脏侯选基因中初步克隆和鉴定了50个人类同源基因,其中20个是新基因。Northen印迹分析表明,一部分人类基因在心脏组织中有表达,从而为研究这些基因在人类心脏早期发育中的作用提供了信息。目前,我们正在建立转基因果蝇,以此为模型研究这些基因是否对心肌细胞发生或心肌功能起调控作用。产生心肌细胞突变类型的基因如果类似于人类心脏病综合症,则可以作为人类心脏疾病侯选基因作进一步的分析。