基因谱系示踪揭示小鼠Tbx18+肾脏间质祖细胞分化为输尿管平滑肌

本文旨在研究Tbx18+肾脏间质祖细胞分化为输尿管平滑肌细胞的命运及转录因子Tbx18在小鼠输尿管平滑肌发育形成中起到的作用．实验建立Tbx18:Cre/R26REYFP和Tbx18:Cre/R26RLacZ两种谱系示踪系统和Tbx18:Cre/Cre 敲除模型．该示踪模型通过cre重组酶的表达能有效地示踪Tbx18+肾脏间质祖细胞在泌尿系统的发育命运．通过免疫荧光染色和X-gal染色,同时发现Tbx18+肾脏间质祖细胞可分化为输尿管平滑肌细胞,但不分化为输尿管移行上皮细胞．在Tbx18:Cre/Cre基因突变模型中,泌尿系统出现明显的肾积水和输尿管积水,肾盏、肾盂扩张,输尿管明显缩短和扩张．实验结果揭示,Tbx18+ 肾脏间质祖细胞可以分化为输尿管平滑肌细胞,且转录因子Tbx18在哺乳动物输尿管平滑肌的发育中起到重要的作用．     

Tbx18通过下调EMT信号分子参与调控心脏发育

转录因子Tbx18(Tbx18)在小鼠胚胎心外膜上皮细胞表达并调控心外膜上皮细胞向心系细胞分化.上皮间充质转化(EMT)过程是器官发育和形成的重要机制.为阐述Tbx18通过调控下游EMT关键信号分子参与心外膜上皮细胞分化和心脏发育,本研究运用Tbx18-Cre/Rosa26R-EYFP双杂合基因敲入小鼠和免疫荧光共聚焦,证实Tbx18+心系细胞和EMT关键信号分子Snail1、Smad、Slug、Twist在发育后期胚鼠心外膜和心外膜下间充质发生共聚焦.同时还发现,Tbx18在胚鼠不同发育阶段的表达模式和Tbx18+心系细胞内上述EMT关键信号分子的表达模式相似.Tbx18和EMT关键信号分子在发育心脏存在相似的时空表达模式,因此,它们之间可能存在相互调控作用.运用Tbx18突变技术揭示了Tbx18突变型胚鼠心脏EMT关键信号分子表达水平均较野生型显著下调,直接证实了上述4个EMT信号分子是Tbx18的可能靶点.理解Tbx18参与心脏发育的下游靶点有助于改善成年心脏损伤后的再生修复.     

基因谱系示踪技术揭示小鼠Tbx18+心脏祖细胞向心系细胞分化的潜能

心脏祖细胞(cardiac progenitor cells,CPCs)的研究对阐明先天性心脏病的机制及治疗心血管疾病具有重要意义.哺乳动物的心脏组织由多种不同CPCs分化形成.转录因子Tbx18在发育中的心外膜中表达,对心脏的发育形成起重要的调节作用.为了在组织及活体细胞水平检测和阐明Tbx18+CPC的分化潜能,应用Cre-LoxP系统建立Tbx18+CPCs基因命运谱系示踪模型:Tbx18-Cre/Rosa26R-EYFP和Tbx18-Cre/Rosa26R-LacZ双杂合基因敲入小鼠.该双杂合基因敲入小鼠通过Cre的表达能有效地示踪Tbx18+细胞在胚胎和成年小鼠中的分化命运.Tbx18-Cre/Rosa26R-EYFP双杂合小鼠心脏能非常容易地利用流式细胞分选系统(FACS)分离出YFP+细胞,也可在倒置共聚焦显微镜下观察.应用X-gal染色分析其表达模式,揭示Tbx18命运谱系参与心房肌、室间隔、心室肌、冠状动脉、瓣膜等的形成.应用免疫荧光技术初步揭示Tbx18+CPCs向心脏肌钙蛋白T(cTNT)阳性心肌细胞和平滑肌肌球蛋白重链11(MYH11)阳性血管平滑肌细胞分化的潜能.心脏是一个由多种肌肉和非肌肉组织细胞构成的复杂器官.推测Tbx18可能在心脏祖细胞向肌源性细胞分化的信号通路中起重要调节作用.在上述研究中应用基因谱系示踪技术,验证Tbx18可作为一类CPCs的标志,为更深入揭示心脏祖细胞向心系细胞的分化潜能打下基础.     

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。     

小鼠心脏发育的形态学研究

目的建立小鼠心脏正常发育的时间表以及对应的形态学特征模式.方法小鼠胚胎ED8.5、ED9.5、ED10.5、ED11.5、ED12.5、ED14.5、ED16.5、ED18.5和P1(postnatal day)(出生后1 d的仔鼠)标本,进行整体或心脏部位不同轴向切片,HE染色,采用PCTV图像分析系统,对各时相小鼠心脏形态发育特征进行研究.结果 ⑴细胞结构发育的时空模式:① ED8.5时,生心板形成;ED9.5时,心肌细胞呈不规则的纺锤形,细胞的大小多样化,细胞核小;ED10.5时,小血管和着色较浅的肌原纤维出现,细胞之间连接较松;ED11.5时,心肌纤维排列较紧,纵断面上呈细长形,横断面上呈不规则多角形;ED12.5时,细胞核着色更清晰,心肌细胞形状逐渐规则,细胞之间紧密连接,同时闰盘结构出现在心室心肌细胞.②ED12.5时心肌小梁结构第一次在心室出现,ED14.5时增厚,而在心房少见心肌小梁.⑵心室结构的形成和心脏发育的成熟:①心肌间充质网络结构在ED10.5的心室中明显呈现,随着它的发育,心室的心内膜在ED11.5出现,心室心外膜可以辨认.②房室隔在ED12.5完全形成,心内膜垫在ED12.5开始发生并快速发育,促进室间隔在ED14.5完全形成.③心包膜在ED16.5可明显辨认,心包膜腔形成,此时近段流出道心内膜垫完全心肌细胞替换.结论肌原纤维细胞和心肌间充质细胞同时在ED10.5出现,提示肌原纤维对心肌细胞的成型和心肌化起作用.细胞的结构变化和心肌层的成熟过程,显示小鼠心脏部位成熟时间的不同,心室成熟相对较晚.     

microRNA转基因小鼠在心脏发育研究中的应用

microRNA（miRNA）参与调控胚胎心脏的发育,在心脏形态发生、心肌细胞生长及分化过程中发挥着极其重要的作用。通过转基因技术可以实现特异miRNA在心肌组织的过表达与敲除,据此建立的心肌特异性miRNA转基因小鼠模型可以在整体水平揭示miRNA心脏方面的功能。近年,以miRNA为研究对象的心肌特异性转基因小鼠模型数量不断增加。     

与心脏发育相关的miRNA研究

microRNA（miRNA）是生物体内源长度约为20～23个核苷酸的非编码小RNA,在生物体发育、细胞增殖与分化等过程中扮演了重要角色。心脏是人体的重要器官之一,miRNA与心脏发育密切相关,很多分子生物学研究技术已经应用到对心脏发育的研究中,研究表明一些特异miRNA有可能为心脏疾病的诊断和治疗提供新的靶点和研发新的药物。     

SFRP分子对心脏发育的影响

Wnt信号通路对心脏发育起着重要的作用.分泌型卷曲相关蛋白（SFRP）家族作为调控 Wnt信号的重要分子,对心脏发育和心肌分化的作用也越来越被人们所重视.最近,研究人员们对SFRP家族蛋白有了新的认识,认为它们不仅具有拮抗Wnt的作用,还对Wnt信号的转导有着复杂的调节作用.本文就SFRP分子与Wnt信号转导对心脏发育的影响进行综述.     

WIP1对小鼠B细胞及T细胞发育的影响

目的研究WIP1基因对小鼠骨髓B细胞发育及胸腺T细胞发育的影响。方法流式细胞术测定小鼠骨髓B细胞及胸腺T细胞发育中各阶段的细胞比例。结果虽然WIP1缺失小鼠骨髓B细胞发育各阶段比例正常,但骨髓总体B细胞比例下降;WIP1基因敲除小鼠胸腺发育障碍,CD8/CD4双阴性细胞比例增高,CD8/CD4双阳性细胞比例降低。结论 WIP1基因在小鼠骨髓B细胞及胸腺T细胞的发育过程中起重要作用。     

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。     

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。     

Tbx1基因功能下调影响斑马鱼Tbx20和Tbx2表达

目的采用吗啡啉修饰反义寡核苷酸显微注射方法下调斑马鱼Tbx1基因表达,研究斑马鱼Tbx1基因功能下调对其他两个T盒基因Tbx20和Tbx2表达的影响。方法采用吗啡啉修饰的反义寡核苷酸显微注射方法抑制斑马鱼Tbx1基因表达,分别将2.5、5、8、10 ng吗啡啉反义寡核苷酸在斑马鱼0-4细胞期注入胚胎,并构建Tbx20,骨形成蛋白2b（Bmp2b）和Tbx2反义RNA探针,进行整体原位杂交,观察Tbx1基因下调对Tbx20、Bmp2b及Tbx2表达的影响。结果Tbx1吗啡啉寡核苷酸显微注射组胚胎表现出鳃弓、耳囊、心血管系统和胸腺的发育异常。Tbx1基因下调导致Tbx20的表达出现改变,Tbx20在心脏的表达与对照组相比明显下调,神经元的表达范围明显缩小;Tbx1基因功能下调会导致Bmp2b在心脏和咽囊的表达减低,Bmp2b在后部咽囊的表达较前部咽囊减低得更为明显;Tbx1基因功能下调胚胎,Tbx2在鳃弓的表达模式发生改变,48 hpf,Tbx2在鳃弓的表达出现从后向前逐渐减低,鳃弓的表达范围较对照组明显缩小。结论Tbx1在发育过程中,会对其他T盒基因,如Tbx20和Tbx2具有激活或抑制的调控作用。Tbx1对Tbx20的作用可能是通过影响Bmp2b的途径,继发地影响Tbx20的表达。Tbx1基因功能下调,会改变Tbx2在鳃弓的表达模式。     

Developmental patterns and characteristics of epicardial cell markers Tbx18 and Wt1 in murine embryonic heart

Background  

Although recent studies have highlighted the role of epicardial cells during cardiac development and regeneration, their cardiomyogenic potential is still controversial due to the question of lineage tracing of epicardial cells. The present study therefore aimed to examine the the expression of Tbx18 and Wt1 in embryonic heart and to identify whether Tbx18 and Wt1 themselves expressed in the cardiomyocyte.