斑马鱼作为骨骼疾病模型的研究进展

斑马鱼作为一种优良的动物模型已被广泛应用于人类相关疾病机理及药物筛选的研究。由于斑马鱼骨骼发育过程和调控机制与哺乳动物高度保守,目前已成功构建斑马鱼骨骼疾病模型。本文首先介绍斑马鱼骨骼发育过程和分子调控机制,并对斑马鱼模型骨骼研究的基本方法及在骨骼药物筛选中的研究现状进行分析和总结,以期对斑马鱼作为骨骼疾病模型进行药物筛选或基础研究提供参考。     

基于Cytoscape下斑马鱼衰老基因-蛋白质的模块化分析

近20年来,斑马鱼逐渐成为研究人类基因功能的重要模型动物。同时,通过对斑马鱼参考基因组序列和10 000多个蛋白编码基因的鉴定,表明斑马鱼至少与人类基因有75%的同源性,进一步验证了斑马鱼基因组序列可以作为衰老的研究模型。此外,其良好保守的分子和细胞生理学的广泛特征使斑马鱼成为揭示衰老、疾病和修复的潜在机制的极好模型。但是斑马鱼衰老的分子机制很少发生分子间的相互作用,因此蛋白质-蛋白相互作用(PPI)网络是非常可取的。本实验描述了斑马鱼这种生物衰老机制的模型,其涵盖了与衰老相关的87种蛋白质之间的767种相互作用。这不仅包含准确预测的PPI,还包含从文献收集以及实验所得的那些分子相互作用。同时,将这些分子相互作用模块化,形成模块化,找到11个中心基因,分析预测其衰老过程。希望能帮助研究斑马鱼的学者研究其衰老过程,提供一些假说和帮助。     

斑马鱼黑色素瘤模型研究进展

斑马鱼作为一种新型模式动物已广泛应用于肿瘤疾病的相关研究,例如异种移植观察肿瘤转移、抗肿瘤药物高通量筛选和安全性评价,此模型能够使我们更好的认识肿瘤与机体活动的关系。恶性黑色素瘤是皮肤和其他器官的黑色素细胞产生的一种恶性肿瘤,致死率高且转移性强,且近年来,患病人数激增且呈年轻化趋势。斑马鱼与人类的黑素细胞发育和功能具有高度的保守型和一致性,同时恶性黑色素瘤发生和转移涉及到的信号通路在斑马鱼上高度保守,因此斑马鱼是研究黑色素瘤的发病机理和转移的新型常用模型。本文论述最新的斑马鱼模型运用于黑色素瘤疾病机制的研究的相关成果,及利用斑马鱼进行小分子化合物/药物筛选和研发的现状,最后总结了斑马鱼模型在黑色素瘤研究中的重要价值,将为黑色素瘤发病发生机制、寻找疾病治疗方法提供新的方法和思路。     

斑马鱼肝纤维化动物模型研究进展

斑马鱼因胚胎光学透明、发育快以及药物可以通过皮肤和鳃渗入体内等原因，被广泛应用于肝疾病的相关研究。肝纤维化(hepatic fibrosis, HF)是指由各种致病因子所致的肝内结缔组织异常增生的一种病理生理变化，许多慢性肝病均可引起HF。由于斑马鱼HF发生所涉及的信号传导机制与人类相似，目前已成功构建斑马鱼肝纤维化模型。本文论述国内外斑马鱼HF模型研究的相关成果和肝纤维化治疗药物筛选的现状，旨在为探索肝纤维化发病机制、寻找HF治疗药物及斑马鱼HF模型的合理应用提供指导。     

造血干细胞发育过程中的信号通路调控

血液系统是维持机体生命活动最重要的系统之一,为机体提供所需的氧气和营养物质,通过物质交换维持内环境的稳态,同时为机体提供免疫防御与保护。血细胞是血液的重要组成成分,机体中成熟血细胞类型起源于具有自我更新及分化潜能的多能成体干细胞—造血干细胞(hematopoietic stem cells,HSCs)。造血干细胞及各类血细胞产生、发育及成熟的过程称为造血过程,该过程开始于胚胎发育早期并贯穿整个生命过程,任一阶段出现异常都可能导致血液疾病的发生。因此,深入探究造血发育过程及其调控机制对于认识并治疗血液疾病至关重要。近年来,以小鼠(Mus musculus)和斑马鱼(Danio rerio)作为动物模型来研究造血发育取得了一系列的进展。其中,BMP、Notch和Wnt等信号通路对造血干细胞的命运决定和产生发挥了重要作用。本文对这些信号通路在小鼠和斑马鱼造血过程中的调控作用进行系统总结,以期能够完善造血发育过程的调控网络并为临床应用提供指导。     

胚胎期造血干细胞发育的分子调控

造血干细胞是生物体所有血细胞的原始祖细胞,在维持血液系统长期稳定的同时,也是骨髓移植治疗恶性血液疾病的核心所在。因此,造血干细胞的体内发育和体外诱导扩增一直是倍受科学界关注的热点课题。该研究组以小鼠和斑马鱼为模型,从遗传调控和表观遗传修饰等角度阐释造血干细胞产生、维持和定向分化的分子调控机制;同时,揭示微环境在血液发生不同阶段的特异性调控作用。     

造血干细胞发育的分子机制

造血干细胞是一群具有自我更新及分化能力的多能干细胞,可以分化为所有类型的成熟血细胞.造血干细胞的发育过程受到多种转录因子及信号通路的精密调控,任何调控失衡都将导致严重的发育缺陷或者重大疾病.本文系统总结了脊椎动物(小鼠及斑马鱼)造血干细胞发育过程中发挥关键作用的信号通路及转录因子,不仅有助于理解造血干细胞发生的分子机制,而且对完善调控网络以及促进基础向临床转化具有一定的理论指导意义.     

研究细胞凋亡的新模式生物——酵母

细胞凋亡是受到严格调控的细胞自杀过程,凋亡机制从酵母到动物细胞高度保守.酵母细胞的凋亡过程虽发现较晚,但研究进展迅速.多个证据表明,酵母确实能发生细胞凋亡且细胞凋亡机制具有较高的保守性.酵母已成功用于发现新的细胞凋亡因子.近来,酵母还用作亨丁顿舞蹈症、帕金森氏病等凋亡相关疾病的细胞模型,为治愈这些疾病提供思路和指导·综述了酵母作为凋亡研究模式生物的可行性和独特的优势,其应用前景、存在的瓶颈问题及可能的解决方案.利用酵母为模式生物研究细胞凋亡和疾病发生,将大大加快发现新凋亡因子的过程,同时酵母作为凋亡相关疾病模式生物具有广阔的发展空间.     

调控细胞衰老的胞外环境和胞内因子

衰老是一个多因素调控的不可逆的复杂生命过程,受多种胞外环境和胞内因子影响,表现为胞内组分损伤的积累和生物学功能的逐步退化。随着近年来对衰老研究的不断深入,一些衰老调控分子机制逐渐被揭开。研究显示,许多衰老调控相关的信号通路从单细胞真核生物酵母到哺乳动物是高度保守的。事实上,从简单真核生物酵母中获得的衰老调控机制,可为包括人类在内的高等生物的衰老研究提供极具价值的参考。本综述主要以单细胞真核生物酵母为对象,从胞外环境和胞内因子两方面,阐述调控衰老的相关因素及其调控机制,最后结合衰老研究现状展望了衰老研究的前景,为延缓高等生物衰老和衰老相关疾病的发生发展提供参考。     

MicroRNAs对斑马鱼发育的调控

microRNAs(miRNAs)是一类长度约为22nt的非编码小RNA,从单细胞到多细胞真核生物中都广泛存在,在进化过程中高度保守,对动物发育、生理功能及病理过程都具有重要调控作用。斑马鱼(Danio rerio)是现代生物学研究中广泛使用的模式动物,以斑马鱼为模型研究miRNAs可以揭示miRNAs在脊椎动物中的功能。文章就miRNAs整体缺失对斑马鱼胚胎发育的影响及一些miRNAs在斑马鱼早期发育过程中的调控机制进行了综述,从而为探索miRNAs在脊椎动物中的功能及鱼类的生产育种提供理论基础。     

Nodal/Smad2靶基因的系统鉴定及其在早期胚胎发育中的功能机制

Nodal/Smad2信号通路在脊椎动物胚胎中内胚层诱导及其背腹分化中发挥着主导作用,但是在胚胎早期发育中,Nodal/Smad2信号调控哪些靶基因表达,这些靶基因如何在Nodal/Smad2信号下游发挥作用,人们仍然所知甚少。以国家自然科学基金委员会"细胞编程与重编程的表观遗传机制"重大研究计划为依托,王强实验室在全基因组水平上对斑马鱼胚胎原肠早期Nodal/Smad2信号通路的靶基因进行了系统鉴定,并通过分析Smad2结合区域的其他转录因子保守的结合序列的出现频率,鉴定了一批潜在的Smad2的协同转录因子。研究发现,Nodal/Smad2的靶基因主要由转录因子、发育相关基因及重要信号通路的调控因子组成,其中F-actin捆绑蛋白Fascin1a和鸟核苷酸交换因子Net1分别通过调控受体内吞与Smad2转录活性反馈调控Nodal信号转导和中内胚层形成,而BPTF做为Smad2协同转录因子,通过调节核小体滑动来调控wnt8a表达,在中枢神经系统后部化过程中发挥重要作用。相关研究工作构建了Nodal/Smad2信号在斑马鱼中内胚层诱导及体轴建立中的分子网络,为理解脊椎动物早期胚胎发育过程中的基因表达调控机制提供了有意义的线索。     

RNA修饰调控造血发育和白血病发生的研究进展

胚胎造血发育和成体造血稳态维持是复杂有序、高度保守的过程,受到诸多因素,包括细胞内转录因子、信号通路及表观遗传修饰和细胞外造血微环境的精密调控. RNA修饰将表观修饰从转录水平提升到转录后精确调控的新层面,参与调控多项重要生命过程,其在血液发育及白血病发生中的调控作用已有多项研究.本文系统总结了RNA修饰在胚胎造血发育、稳态维持及白血病发生中的功能和分子机制,不仅有助于完善目前对造血系统发育以及正常造血和恶性转化的认识,而且为寻找潜在的白血病治疗靶点提供了新思路.     

弹状病毒感染诱导斑马鱼免疫应答的分子机制

弹状病毒(Rhabdovirus)是引起鱼类病毒性传染病的重要病原之一.近几年,鱼类弹状病毒感染斑马鱼(Danio rerio)诱导非特异性免疫反应的分子机制研究备受关注.作者通过鱼类弹状病毒感染斑马鱼进行转录组和蛋白质组学研究,结果表明,Toll样受体(TLRs)、RIG-Ⅰ样受体(RLRs)等介导的干扰素(IFNs)反应以及补体途径等被激活,并且丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)、髓样分化因子88(My D88)/核因子κB(NF-κB)炎症信号通路等参与抗病毒应答的调控过程.本文首次综述了4种鱼类弹状病毒(SVCV,VHSV,IHNV,SHRV)感染诱导斑马鱼免疫应答的分子调控及其研究进展,以期将来为鱼类弹状病毒性疾病研究与防治提供科学参考.     

肾脏发育的分子调控机制

随着分子生物学技术的迅猛发展和广泛应用,参与肾脏发育过程的新基因相继被发现,肾脏发育过程中复杂的分子信号调控机制也得到进一步的研究,为阐明肾脏疾病的发病机制及从基因水平开展治疗提供了新的思路。文章对肾脏发育的3个阶段,即输尿管芽的发生和分支形成、生后肾原基的早期上皮性分化、肾小球血管球的发生和发育的分子信号调控研究进展进行了总结,主要涉及多种转录因子、生长因子及细胞因子,同时细胞外基质和黏附分子也参与其调控。     

microRNA的功能及其临床应用

microRNA(miRNA)是一类长度为19~25个核苷酸的非常保守的非编码小RNA分子,在真核生物体内通过与m RNA的3'非翻译区序列不完全互补结合促使m RNA降解或抑制翻译,从而在转录后水平调控基因表达。miRNA在生物体内参与了细胞增殖与凋亡、生长发育、代谢活化、DNA修复等一系列生物学过程,与多种疾病尤其是肿瘤的发生发展密切相关。对miRNA的功能研究已发展到其分子机制层面,大量集中于其靶基因的预测和鉴定及调控相关表观遗传因子,为疾病的诊断、治疗及预后提供了新的线索。我们就miRNA的合成、功能研究及miRNA在临床上的应用前景做简要综述。     

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白通路与细胞自噬

细胞自噬作为真核生物中最基本的生命现象,广泛参与机体的多种生理和病理过程,其发生的分子机制复杂且高度保守。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin,mTOR）通路和Beclin1及相关因子发挥了最直接的调控作用。mTOR可通过上游各信号因子的调节引起自身活性的变化,并通过调节下游复合物Atg1/ULK的生成诱导细胞自噬。弄清mTOR通路及其对自噬复合物的作用机制将有助于从分子水平上对各种肿瘤疾病进行分析和治疗。     

以斑马鱼为模式动物研究器官的发育与再生

斑马鱼因其受精卵体外发育、胚胎透明、具有较强的再生能力以及适于大规模遗传筛选的优势, 成为研究脊椎动物器官发育与再生的新兴模式动物。通过数十年的探索, 科研工作者已经在斑马鱼中建立了一套成熟的研究方法, 并对斑马鱼胚胎发育早期的细胞命运决定和分化、组织器官的形态建成以及受损后的再生过程有了初步的认识。近年来, 随着遗传筛选技术的大规模开展和活体成像技术在斑马鱼中的深入应用, 许多在小鼠等模式动物中悬而未决的问题开始得到充分解答。随着研究的不断深化和技术的不断更新, 以斑马鱼为模式动物, 对脊椎动物器官发育与再生的研究将会更加深入, 相关的调控机制也会被逐步探明, 从而为临床相关疾病的防治提供富有价值的参考。文章通过对近年来发表的文章进行回顾, 总结了斑马鱼作为模式动物研究中枢神经系统、肝脏和胰腺、血液细胞和血管等重要器官早期发育过程及其调控机制的进展, 并阐述了以斑马鱼研究尾鳍、心脏、肝脏等器官再生的优势和初步发现。     

斑马鱼原肠胚细胞运动

在斑马鱼原肠胚期, 细胞通过重排形成3个胚层：内胚层, 中胚层和外胚层。细胞重排的过程包含了3种极为保守的运动形式, 即外包运动、内卷运动和集中延伸运动。其中, 脊索前板祖细胞的前部延伸对于中内胚层祖细胞的定位以及最终分化形成胚层尤为重要。脊索前板祖细胞也是目前研究体内细胞运动机制的良好模型。原肠胚期细胞运动受诸多信号通路调控, 如Wnt/PCP信号通路, 但细胞行为的分子机制尚不明确。目前细胞粘附和细胞骨架重排是研究斑马鱼原肠胚期细胞运动的热点之一。此外, 胚胎外组织(卵黄合胞体层)对于原肠胚细胞运动的影响也受到了更多的关注。文章主要探讨了在斑马鱼原肠胚期细胞运动过程中控制细胞行为的关键因素以及一些尚未理清的问题, 并为将来在细胞水平上构建完整的原肠运动调控分子的图谱提供参考。     

血液发生相关microRNAs研究进展

血液发生对生命体有着十分重要的意义。脊椎动物的血液发生主要表现为造血干细胞的自我更新和分化、造血祖细胞的增殖分化以及血细胞的成熟。血液发生过程的调控涉及多种转录因子、膜受体、造血生长因子和microRNAs等,它们之间相互作用形成多种信号通路及信号通路网。microRNAs是一类非编码RNA,广泛分布于真核生物细胞中,在机体的造血过程中发挥着重要作用。microRNAs的表达受造血相关信号通路中转录因子的调控,而microRNAs的表达能抑制或降低参与造血相关信号通路的转录因子以及更多造血相关调控因子的表达,从而影响血细胞发生相关的信号通路,进而调控造血过程。本文主要介绍了脊椎动物造血过程和血细胞发生相关信号通路,并围绕microRNAs与造血相关转录因子及信号通路之间的作用关系,总结了microRNAs调控血液发生的相关研究进展。     

斑马鱼管腔器官空腔形态发生及分子机制

后生动物复杂的体内结构和器官结构多以网络状的管道系统出现。中空的管腔作为这个系统的重要结构单元承担了运输物质、区分器官不同部位功能、分隔机体和外环境等诸多重要的生理功能。管腔的发育障碍将致使相关器官形态发生畸形、功能紊乱。管腔型器官形态发生易被直接观察以及各种相关突变鱼和荧光转基因鱼的出现, 使得斑马鱼(Danio rerio)成为管道器官研究的优秀模式动物。斑马鱼血管、神经管、小肠、胰腺外分泌腺、前肾管等几种重要的器官的形态发生都伴随着典型的腔道发育过程, 是研究管腔形成的重要器官模型。管腔形成由胞外信号诱导、细胞极性化、胞内物质定向运输、腔内液体形成和胞内细胞骨架重构等相关管腔细胞内外发生的结构功能变化过程所构成, 而这些结构与功能的变化过程是通过精确而复杂的分子调控网络来实现, 最终形成管道器官。文章对斑马鱼4种典型管腔型器官的空腔形态发生过程进行了综述, 并总结了此过程中的分子机制, 为今后的相关研究提供了参考。