Comparative genomic and expression analysis of the conserved NTPDase gene family in Xenopus

The purines, ATP and adenosine, are important signaling molecules in the nervous system. ATP is sequentially degraded to adenosine by the ectonucleotidase proteins. The NTPDase (or CD39) family is a subfamily of these enzymes, which consists of nine members in mammals. In Xenopus embryos, we have shown that ATP, and its antagonist adenosine, regulate the rundown of swimming and we therefore proposed that ectonucleotidase proteins are key regulators of locomotor activity. Here, we report the cloning of all nine members of the NTPDase family in Xenopus laevis and Xenopus tropicalis. Our phylogenetic analysis shows that this family is highly conserved between the frog species and also during vertebrate evolution. In the adult frog, NTPDase genes are broadly expressed. During development, all NTPDase genes, except for NTPDase8, are expressed and display a distinct specific expression pattern, suggesting potentially different functions of these proteins during embryogenesis of X. laevis.     

热带爪蟾bHLH转录因子鉴定与进化分析

爪蟾是重要的生物医学模式动物。文章根据NCBI公布的热带爪蟾(Xenopus tropicalis)基因组数据,利用生物信息学方法提取和鉴定了爪蟾全基因组范围的碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)基因信息,应用系统发生方法进行分类并做基因本体论(Gene Ontology,GO)功能富集分布分析,以期从整体上探讨爪蟾bHLH转录因子基因家族的分类及功能。结果表明,在热带爪蟾基因组数据库中发现了70个bHLH转录因子,其中69个可以分别归到6大组(A~F)的34个亚家族中,另一个为"孤儿因子"(Orphan)基因。GO富集分布统计发现有51个显著富集分布的GO注释语句,其中转录调控活性、转录调控、DNA结合、RNA代谢过程调控、DNA依赖的转录调控、转录和转录因子活性等出现频率很高,表明这些GO术语是爪蟾bHLH基因最常见的功能;许多bHLH转录因子在一些重要的发育或生理过程中发挥调控作用,如肌肉组织和器官(横纹肌、骨骼肌、眼部和咽部肌肉)的分化和发育、消化系统发育、咽部和感觉器官的发育、碱基和核苷及核酸的代谢调控、生物合成过程调控、DNA结合和蛋白质异聚化活性等。另外,还有一些重要信号通路(Signaling pathway)的GO术语显著地富集。文章还对Hes转录因子家族做了进化分析。这些结果为热带爪蟾bHLH基因的进一步研究打下了很好的基础。     

Comparative analysis of vertebrate <Emphasis Type="Italic">Shh</Emphasis> genes identifies novel conserved non-coding sequence

Abstract The puffer fish Takifugu rubripes (Fugu), with its compact genome, is an ideal model organism for comparative genomics. Sonic hedgehog (Shh) is a key protein in the patterning of differentiating cells during embryonic development. We have sequenced the Fugu Shh gene and compared it with the mammalian and zebrafish orthologs, identifying a number of novel conserved, non-coding sequences upstream of exon one and within the two introns. Additional conserved sequences serve to delineate activator regions and enhancers previously characterized through functional analysis. Control elements can thus be rapidly and effectively predicted by comparative methodology in its own right as well as complementing other, functional methods. This work demonstrates the value of using Fugu in comparative genomics, which has allowed identification of new putative regulatory elements, as well as corroborating enhancers identified by the more traditional deletion mapping method.     

基因谱系示踪揭示Tbx18+祖细胞的多分化潜能

为探讨Tbx18+祖细胞在小鼠生长发育过程中的多分化潜能及分化的组织类型,本工作建立了Tbx18：Cre/Rosa26RLacZ谱系示踪小鼠.该示踪小鼠基于Cre/LoxP系统,能够准确及有效地示踪Tbx18+祖细胞的分化命运,通过整体胚胎及组织X-gal染色,检测分析报告基因LacZ在其中的表达情况.结果显示,在Tbx18：Cre/Rosa26RLacZ双杂合小鼠胚胎发育早期,报告基因LacZ主要在脊柱、四肢及心外膜表达|而在胚胎发育晚期则分别表达于皮肤、毛囊、肾脏、输尿管、膀胱、睾丸、输精管、椎间盘、肋软骨、心耳、心肌、冠状动脉.结果阐明,Tbx18+祖细胞在小鼠生长发育过程中具有强大的多器官及组织分化潜能,包括分化形成表皮系统,泌尿生殖系统,骨骼系统,心血管系统,并在其生长发育中发挥重要作用.     

Tbx18+心外膜祖细胞参与成年小鼠部分心脏组织形成

转录因子Tbx18在胚胎心脏发育过程中起重要调控作用,是心外膜祖细胞标记之一|故以Tbx18为标记的阳性祖细胞群被称为：Tbx18+心外膜祖细胞(epicardial progenitor cells, EPCs)。小鼠胚胎、新生和成年期心脏组织细胞的特性区别较大,成年小鼠的心脏属于终末分化组织。但是,Tbx18+EPCs对成年小鼠心脏组织的贡献大小尚存争议。本研究拟定量分析Tbx18+EPCs对成年小鼠心脏组织的贡献大小。采用整体和组织切片X-gal染色检测成年心脏组织LacZ的表达|荧光激活细胞分选法(fluorescence activated cell sorting,FACS)分离成年Tbx18Cre/R26EYFP小鼠心脏组织EYFP+细胞。结果显示,在Tbx18+EPCs遗传谱系示踪小鼠,报告基因LacZ和EYFP在成年小鼠心脏的心室、心房、冠状动脉、室间隔等处表达|成年Tbx18Cre/R26EYFP小鼠心脏组织细胞用FACS分离,分选的EYFP+细胞比例平均约为33.94%。由此可见,成年小鼠心脏的心室、心房、冠状动脉、室间隔等心脏组织均可来源于Tbx18+EPCs|约1/3成年小鼠心脏组织细胞来源于Tbx18+EPCs。故Tbx18+EPCs参与成年小鼠心脏组织的部分形成。     

遗传谱系示踪技术揭示小鼠胚胎前体心外膜向心外膜转化过程

心外膜的形成是胚胎心脏发育的关键生理过程之一。利用遗传谱系示踪技术示踪观察前体心外膜向心外膜细胞转化过程,具有重要的科学研究价值。本研究拟利用Tbx18+前体/心外膜祖细胞遗传谱系示踪模型,揭示胚胎心外膜的起源及前体心外膜向心外膜转化的过程。利用整胚和切片原位杂交技术揭示,Tbx18 mRNA特异性表达于胚龄（E）9.5 d小鼠胚胎前体心外膜;故Tbx18是前体心外膜的特异性标记基因。利用整胚X-Gal染色,揭示报告基因Lacz在E9.5 d遗传谱系示踪模型鼠胚前体心外膜中大量表达,此时报告基因从前体心外膜逐渐迁移并开始少量表达于心外膜。Lacz在E10～E10.5 d双杂合鼠胚前体心外膜中表达逐渐减少,而在心外膜组织中逐渐增多;在E11.5 d,报告基因在前体心外膜中表达基本消失,而在心外膜组织中大量表达。切片进行X-Gal染色也揭示,报告基因Lacz定位于早期胚胎前体心外膜及心外膜。免疫荧光染色证实,早期胚胎心外膜细胞呈现未分化的祖细胞状态。通过报告基因的表达变化模式揭示,胚胎心外膜的形成经历了启动、转化、完成3个阶段;E9.5～11.5 d左右这个时间段发生的前体心外膜向心外膜转化,可能是心外膜形成的主要来源和形式。     

谱系示踪技术揭示Tbx18+肾脏祖细胞分化为脂肪细胞

转录因子Tbx18在泌尿系发育中发挥重要作用。利用遗传谱系示踪模型,揭示了Tbx18+肾祖细胞具有向多种肾系细胞分化的潜能。但尚无文献报道其是否具有向脂肪细胞分化的潜能。本研究通过对Tbx18Cre/Rosa26LacZ双杂合小鼠泌尿系组织进行整体X-gal染色发现,肾包膜、输尿管及肾周脂肪组织能特异性表达β-gal蛋白,说明肾包膜、输尿管及肾周脂肪组织可能来源于Tbx18+祖细胞。对Tbx18Cre/Rosa26EYFP双杂合小鼠泌尿系组织进行免疫荧光染色,发现部分脂滴相关蛋白+（perilipin）脂肪细胞能表达标记蛋白EYFP,说明部分泌尿系脂肪细胞来源于Tbx18+祖细胞。本研究揭示了Tbx18+祖细胞具有分化为脂肪细胞的潜能,进一步证实了Tbx18+肾祖细胞的多分化潜能。结合本研究结果,若进一步研究肾损伤时,来源于Tbx18+祖细胞的泌尿系脂肪细胞是否进一步增多,将会为肾损伤的再生修复提供一些思路和启发。