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.     

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。     

果蝇心脏发育标记基因Lbe抗体的制备与应用

黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)的心脏发育调控基因与人类的相关基因具有高度同源性.Lbe基因是果蝇心脏发育的重要调控基因.为了深入研究Lbe基因在心脏发育中的调控功能,采用DNA免疫技术制备了抗果蝇Lbe蛋白的多克隆抗体.通过PCR扩增Lbe基因序列,将该序列与真核表达载体pCAGGS-P7同...     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

利用果蝇模型研究人类心脏早期发育的分子机理(英文)

近年来 ,果蝇心脏特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式。为此目的 ,我们采用P转座子和EMS诱变技术建立了约 3 0 0 0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 ,我们检出 2 0 0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 5 0个人类同源基因 ,其中 2 0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。     

利用果蝇心力衰竭模型筛选果蝇第2号染色体缺失系

果蝇心脏一直以来都是研究心血管发育的极好模型,许多控制心脏分化和特化的调控基因和信号途径从果蝇到哺乳动物都是保守的.由于近年心力衰竭的发病率不断升高,我们最近又建立了果蝇心力衰竭模型用于大规模筛选和鉴定心力衰竭的相关基因.在这个模型中,适龄的成体果蝇被整齐排列在导电的载玻片上,通过电极短暂刺激30s,使果蝇的心跳频率由正常的3Hz增加到6Hz,停止后检测果蝇心率恢复情况,不能恢复正常心跳频率或出现纤维性震颤的果蝇视为心力衰竭.该模型可以在短期内大规模筛选到与心力衰竭相关的基因.利用此心力衰竭模型,我们筛选了164个果蝇2号染色体缺失系,获得33个候选缺失系.这些候选缺失系的心衰率要么与野生型品系相比差异显著,要么与tinman或panier突变系相比差异显著,提示这些缺失系中可能含有与心力衰竭相关的调控基因.     

Heart development in Drosophila

The Drosophila heart, also called the dorsal vessel, is an organ for hemolymph circulation that resembles the vertebrate heart at its transient linear tube stage. Dorsal vessel morphogenesis shares several similarities with early events of vertebrate heart development and has proven to be an insightful system for the study of cardiogenesis due to its relatively simple structure and the productive use of Drosophila genetic approaches. In this review, we summarize published findings on Drosophila heart development in terms of the regulators and genetic pathways required for cardiac cell specification and differentiation, and organ formation and function. Emerging genome-based strategies should further facilitate the use of Drosophila as an advantageous system in which to identify previously unknown genes and regulatory networks essential for normal cardiac development and function.     

钾离子通道蛋白Shaker对果蝇心脏衰老的保护作用

钾离子通道在心肌细胞动作电位复极过程中起着重要作用。钾离子通道蛋白种类繁多,已知钾离子通道蛋白KCNQ和HERG/eag参与心脏动作电位的形成,调节心脏收缩节律。钾离子通道蛋白Shaker是果蝇(Drosophila)体内发现的第一个电压门控钾离子通道,维持神经元和肌肉细胞的电兴奋性,但是目前其在成人心脏功能中的作用仍不清楚。本研究以果蝇为模型,高频电刺激模拟心脏应激状态,观察钾离子通道蛋白shaker基因突变体的心衰发生率。同时,利用心脏特异性启动子hand4.2Gal4特异性敲低钾离子通道蛋白Shaker的表达;果蝇成体心脏生理学功能分析系统分析了1、3、5周龄特异性敲低钾离子通道蛋白Shaker的心脏表型。结果表明,shaker基因突变将严重影响果蝇心脏抗应激能力,表现在高频电刺激后的心力衰竭发生率显著性升高;心脏特异性敲低shaker基因导致5周龄果蝇心律失常发生率显著性增加;心脏特异性敲低HDAC3将显著降低果蝇寿命。综上所述,本研究推测钾离子通道蛋白Shaker在衰老过程中维护果蝇正常的心脏功能。     

Drosophila, an emerging model for cardiac disease

A variety of studies that are currently underway may validate the fruit fly as an in vivo model for analyzing genes involved in cardiac function. Many mutations in conserved genetic pathways have been found, including those controlling development and physiology. Because homologous genes control early developmental events as well as functional components of the Drosophila and vertebrate hearts, the fly is the simplest existing model system that can be used to assay genes involved in human congenital heart disease (CHD). The wide variety of genetic tools available to Drosophila researchers offers many technical advantages for rapidly screening through large numbers of candidate genes. Thus, an important future and long-term direction is likely to be the use of Drosophila as a vehicle for analyzing polygenic traits as an aid in human genetics. One can anticipate a time in the not too distant future when mutant lines exist for every gene in vertebrate systems, such as mice and zebrafish. However, one of the enduring problems that will not easily be addressed by such resources will be the tracking of complex traits defined by polygenic variants. For this level of genetic analysis, simple genetic model systems including yeast, Caenorhabditis elegans, and Drosophila melanogaster will undoubtedly play a crucial ongoing role. Of them, Drosophila will be critical for examining gene networks involved in organogenesis and is clearly the system of choice for studying cardiac development, function and aging, since among the simple genetic models it is the only one with a fluid pumping heart.