Hox基因及其进化机制的研究进展

Hox基因是生物体内一类重要的发育调控基因家族.Hox基因高度保守,通常成簇存在,编码一类转录因子,在个体胚胎发育中起着重要的调控作用.近期研究表明,基因复制、基因序列变异及选择压力对Hox基因簇的产生和进化有重要作用,同时调节元件和协同进化对Hox基因的进化也有重要影响.     

Hox基因及其在海胆中的研究进展

Hox(homeobox genes)基因是存在于染色体上的一段高度保守序列,其蛋白产物作为转录因子也是高度保守的。这些基因调节胚胎发育,尤其在脊椎动物前-后轴(antero-posterior axis)的发育过程中起着重要作用,并指导脊椎动物的体型形成。海胆是海洋中一类比较常见的无脊椎动物和主要的海水养殖动物,它的Hox基因对它动-植物轴(animal-vegetalaxis)的形成有调控作用,并对进化研究和养殖生产具有重要意义。综述了近年来Hox基因在海胆中的研究进展。     

串联反向CTCF位点的系列删除揭示增强子调控HOXD基因簇表达的平衡

三维基因组染色质架构蛋白CTCF(CCCTC-bindingfactor)能够介导增强子与基因启动子的远距离染色质相互作用,也可以结合调控区域的绝缘子发挥增强子绝缘功能,对发育中的基因表达调控具有重要作用。同源框基因家族(Homeoboxgenefamily,Hox)编码一类控制动物发育的关键转录因子,在发育中主要沿胚胎首尾轴(head-to-tail axis)呈时空线性表达。在哺乳动物中,Hox基因分为HoxA、HoxB、HoxC和HoxD四个基因簇,在中枢神经系统、骨骼和四肢发育中发挥重要功能。HoxD基因簇主要调控四肢发育,受位于其两侧调控域内的增强子调节,沿肢体近远轴(proximal-distal axis)呈时空线性表达。在人类基因组中,HOXD基因簇及其两侧的调控区域分布有串联排列的CTCF结合位点(简称CTCF位点),参与9个HOXD基因的表达调控。本研究以HOXD基因簇为模式基因,探究CTCF对发育基因(developmentalgenes)转录调控的影响。利用CRISPRDNA片段编辑技术在人HEK293T细胞中获得一系列的串联反向CTCF位点删除的单细胞克隆株。...     

PcG蛋白复合体对Hox基因调节的研究

PcG蛋白广泛参与到生长、发育、增殖、分化以及肿瘤发生等重要过程.而目前为止对PcG蛋白的靶基因研究最透彻的就是Hox家族. Hox基因存在于一个高度保守的基因簇内,在调控维持正常发育及肿瘤发生中有重要作用.一般认为,PcG蛋白复合物对Hox基因进行以组蛋白表观修饰为主的沉默作用,指导Hox基因适时适地发挥功能. 同时,这个过程还需要DNA连接蛋白、ncRNA等分子的辅助.本文对Hox基因和PcG蛋白的组成和功能进行介绍,并重点归纳总结了对二者关系的经典和最新认识.     

昆虫腹肢发育相关基因的研究进展

昆虫躯干外着生有一系列附属器官,主要包括背侧附器和腹侧附器,其中腹肢的多样性表现尤为突出。腹肢的发育过程受到多种调控因子的作用。本文就腹肢发育相关基因的表达、功能及调控因子间的相互作用等方面进行简要的综述。一方面,腹肢作为整体受Hox基因和成形素基因（Dpp/Wg）的调控,Hox基因直接决定腹肢的有无,Dpp/Wg通过其表达产物形成浓度梯度调控整个腹肢的发育,两者在腹肢整体发育中的作用不可取代。另一方面,腹肢基部、中部及远端部位分别受到各自特异的调控因子的作用。其中hth,tsh及al等均主要调节腹肢基部的发育,dac通过与Dll和Dpp/Wg相互作用从而调节腹肢中部的发育,bab,Dll及Lim1等对腹肢远端发育发挥重要作用。关节的形成对腹肢分节的形成至关重要,Notch信号通路相关因子如配体基因Dl和Ser,修饰物基因fng及下游靶基因odd,sob,drm和bowl等调节该过程。因此,研究昆虫腹肢发育相关基因,对于深入揭示腹肢的发育及其在进化过程中多样性形成的分子机制具有至关重要的作用。     

Hox 基因与昆虫体躯决定

本综述了Hox基因的组成与功能,及Hox基因决定昆虫形态进化的作用机制。     

基于全基因组的龟鳖目Hox基因序列特征及进化分析

为对Hox基因在龟鳖目物种中进行系统地序列比较分析和进化研究，文章对目前具有染色体水平的龟鳖目基因组进行了Hox基因的鉴定,序列特征、进化和转录组分析。研究结果表明龟鳖物种的Hox基因簇是高度保守的。非重复序列的缺失导致鳖科HoxB9—HoxB13基因间区相对龟科短了10 kb。大量Hox基因编码区发生了鳖科或龟科特异的序列替换、插入和缺失。胸部骨骼发育相关的Hox基因在鳖科祖先发生了快速进化和受到正选择。Hox基因的表达具有组织、时期特异性,主要在胚胎时期的顶端外胚层嵴、背甲嵴和性腺表达。研究为龟鳖目Hox基因不同胚胎时期的多组学及表达调控分析提供了靶标,也为进一步厘清龟鳖物种演化创新提供了参考。     

DNA甲基化在中枢神经系统发育中的研究进展

DNA甲基化是最早被发现的表观遗传修饰之一。近年来,大量的研究显示DNA甲基化在中枢神经系统(CNS)发育中发挥了重要作用。不同种类的DNA甲基转移酶(Dnmt)和DNA甲基结合蛋白(MBD)在CNS发育的不同阶段发挥不同的作用。DNA甲基化促进神经干细胞向神经元方向分化,抑制其向胶质细胞分化。Dnmt和MBD主要在神经元中表达,而在胶质细胞不表达或表达较少。DNA甲基化调节神经发生和突触的形成,参与学习记忆。星型胶质细胞的标志物GFAP去甲基化促进早期神经上皮分化为星型胶质细胞。少突胶质细胞相关基因MAG和Sox10等也受甲基化的调节。本文主要从以上方面综述了DNA甲基化在中枢神经系统发育中的作用。     

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。     

家蚕Hox基因研究进展

Hox基因（homeobox genes）在昆虫躯体模式（body plan）的发育调控机制中扮演着重要角色,其表达具有严格的组织特异性和胚胎发育的程序性。家蚕Bombyx mori作为鳞翅目昆虫的代表,其Hox基因也陆续得到鉴定。在家蚕中存在一个拟复等位基因群--E群基因,其突变表型均与过剩斑纹和过剩附肢有关,这可能与Hox基因有着密切联系。家蚕全基因组测序完成后,发现其Hox基因簇中存在12个特有的homeobox基因（Bmshx1~Bmshx12）, 说明家蚕Hox基因可能具有独特的生物学意义。我们还利用家蚕基因芯片数据分析了Bmlab与Bmpb基因的组织表达特征。通过对家蚕Hox基因的研究,探索家蚕躯体模式建立机制,可望为解析其他鳞翅目昆虫的躯体模式的建立机制提供理论依据。本文就家蚕Hox基因的表达、功能及其与E群突变的关系等方面进行了综述。     

qPCR array检测分析 C57BL/6小鼠胚胎后肢发育基因表达谱

目的:胚胎生育过程中因肢体发育异常造成的出生缺陷比率不低,其相关基因表达模式尚不明确。本实验通过建立实时定量PCR芯片(Real-time quantitative polymerasechain reaction array,qPCR array)检测方案,研究C57BL/6品系小鼠后肢发育相关基因的表达谱。方法:以同源异形盒基因家族(Hox)、Wnt5a、配对同源结构域基因(Pitx1)、成纤维生长因子(Fgf8)、音猬因子(Shh)等小鼠肢体发育相关的重要基因制作基因检测表达谱,以C57BL/6品系怀孕雌鼠为材料,取胚胎肢芽发育的四个关键时期(E10.5,E11.5,E12.5,E13.5)的胎鼠后肢,利用qPCR array方案检测表达谱中基因的相对表达水平差异。结果:通过已建立的qPCR array检测了C57BL/6品系小鼠胚胎后肢发育时期Hox家族、Wnt5a、Pitx1、Fgf8、Shh等基因的表达差异。以E10.5为对照,检测出在后肢发育时期基因呈三种表达模式,即Hoxb6、Hoxb8、Hoxc8、Hoxc9、Hoxc10、Hoxd9和Shh基因的表达水平呈上调;Hoxa11、Hoxa13、Hoxc12、Hoxc13、Hoxd13等基因表达出现下调;Hoxc9、Hoxc10、Hoxc11、Hoxd9、Hoxd12、Fgf8和Pitx1等基因的相对表达量呈先上调后下调的曲线表达模式,且有少部分基因在小鼠后肢发育时期表达水平无明显变化。结论:Hox家族、Wnt5a、Pitx1、Fgf8、Shh等基因在小鼠后肢发育时期表达,并且表达模式存在明显差异。     

范可尼贫血基因在卵泡发育中的调节作用

范可尼贫血(Fanconi anemia, FA)是一种罕见的常染色体或X染色体连锁的隐性遗传病,其发生源于范可尼贫血基因(FA基因)突变。FA基因是一组在DNA交联损伤中起同源重组修复作用的基因。FA女性患者常见早发性卵巢功能衰退(premature ovarian insufficient, POI)的特征,而FA小鼠也表现出生殖细胞严重缺乏,这些结果提示FA基因在哺乳动物卵泡发育中起重要作用。研究显示FA基因在促进原始生殖细胞增生,维持正常卵母细胞减数分裂,参与卵泡发育的促性腺激素调节以及卵母细胞与颗粒细胞生长过程中的相互调节等方面调节卵泡发育。本文综述了FA基因在卵泡发育中的作用和分子机制方面的研究进展,为POI的病因学解析提供遗传基础。     

同源异形盒基因及其在昆虫幼虫腹足发育生物学研究中的应用

同源异形盒基因(homeobox genes)是一类具有180 bp保守序列的基因,在生物发育的调控中起着重要作用。昆虫幼虫的腹足在位置和数目上均表现出丰富的多样性,使其成为进化发育生物学研究的主要对象之一。通过对昆虫幼虫腹足发育过程中相关同源异形盒基因的研究,既可了解腹足的发育机制,又可加深对同源异形盒基因进化和功能的理解。本文简要介绍同源异形盒基因的概况,重点总结了同源异形盒基因在昆虫幼虫腹足发育方面的研究进展,包括通过相关同源异形盒基因时空表达模式来揭示腹足的附肢起源、腹足发育的调控通路中相关同源异形盒基因的功能和进化等,尤其是腹部Hox家族基因对Distal-less基因的抑制作用及其在不同昆虫类群中的进化,以及该领域目前存在的主要争议,期望为相关研究提供参考。     

利用脉冲电场凝胶电泳测定小鼠CK-4、Hox3.1和Hox3.3基因间的距离

利用脉冲电场凝胶电泳(PFGE,Pulse Field Gel Electrophoresis)和Southern印迹杂交,测定了小鼠第15染色体上Ⅱ型细胞角蛋白CK-4基因与含同源区序列的Hox 3.3基因之间的最大距离为130kb。Hox 3.3和Hox 3.1基因之间的距离不超过50kb。同时还确定了这三个基因所在的1100kb DNA片段上MluⅠ、NotⅠ、SacⅡ、SolⅠ和SfiⅠ五种限制酶的物理图。     

Hoxc13在毛囊发育中的作用

Hoxc13属于Hox(Homobox)基因家族Abd-B类成员之一, 与毛囊形成和毛发生长密切相关。毛发结构蛋白KP(角蛋白)和KAP(角蛋白关联蛋白)的表达都受Hoxc13的严格调控, Hoxc13表达水平会直接影响毛发的特性, 对维持毛囊的正常形态也至关重要。文章就Hoxc13的表达水平对毛囊发育和毛发生长的影响及Hoxc13与相关基因的调控进行了综述。     

FMR1基因结构与功能

ＦＭＲ１基因无时空特异性地表达提示它具有管家基因尾性质,其正常表达对于每个细胞发挥正常的功能都是必不同少的,而与增殖过程和表型发生过程无关。ＦＭＲ１基因在某些组织的时空特异性表达又提示,它也是一种在发育过程起重要作用的调节基因,对于中枢神经系统、生殖系统及其它许多组织的正常发育是必不可少的,可能在细胞的迁移和分化过程中起重要的调探作用。ＦＭＲ１基因表达一种定位于胞浆中的ＲＮＡ结合蛋白ＦＭＲＰ。ＦＭ     

多功能蛋白Geminin的研究进展

Geminin是一种定位于核内的多功能小分子蛋白,具有相对复杂的结构模式,在细胞增殖、胚胎发育及肿瘤发生等多方面均发挥重要作用.它通过调节细胞周期时相中的重要事件作用于细胞增殖:经多种途径参与DNA复制的调节;抑制中心体重复复制;推进G2/M期和维持正常胞质分裂等.在不同发育阶段,Geminin可作为抑制因子或是诱导因子参与胚胎发育的调节,特别是在神经形成方面.通过与同源异型盒基因或蛋白Six3及Hox等的相互作用,Geminin分别在眼睛发育及胚胎发育过程中起调节作用,并且表现出在细胞增殖与分化中协调因子的功能.近年来Geminin在肿瘤中的作用已成为研究的重点,它可作为评价肿瘤发生进程和预后的标志分子,并可望是一个新的肿瘤治疗的作用靶点.对Geminin活性的调节主要表现在转录水平和转录后水平,转录后水平的调节可能占主要地位.     

PCGF3分子功能及其在疾病中的作用

多梳家族环指蛋白3(polycomb group ring finger 3, PCGF3)作为PCGF1-6的同源物,也是PCGF3-PRC1复合物的主要组成部分,该复合物具有特定的基因组定位和催化活性,可介导表观遗传组蛋白修饰,并在整个发育过程中维持包括Hox基因在内的许多基因的转录抑制状态。已有研究发现PCGF3与多种疾病的药物疗效、诊断和进展等有关。本文介绍PCGF3及其复合物的结构,阐述PCGF3对染色体结构、 X染色体沉默及基因转录的影响和可能机制,并对PCGF3在多种疾病中的作用的相关研究进展进行综述。     

POU蛋白调节中枢神经系统发育

POU蛋白是一组DNA特异的转录调节因子,属同源异形序列超家族.发育过程中,POU蛋白编码基因在中枢神经系统各部位的时空性表达决定神经细胞的发育与分化.     

miRNAs及其在中枢神经系统中作用的研究进展

miRNAs是一类小的非编码RNA,能够在转录后水平调控基因的表达,近年来备受关注.miRNAs在中枢神经系统中含量丰富,它们在大脑的发育及中枢神经系统疾病等方面都发挥着重要的调控作用.对miRNAs及其在中枢神经系统中的作用的研究进展进行综述.