斑马鱼 HO1 基因的表达特征及功能研究简

实验对血红素加氧酶1(HO1)在斑马鱼发育中的功能进行了研究。多重序列比对结果显示,斑马鱼HO1与哺乳类、鸟类及其他鱼类的HO1氨基酸序列的总体相似性为44.1%—86.8%,血红素结合标签相似性为87.5%—95.8%。对斑马鱼早期胚胎和成鱼各组织进行RT-PCR检测,结果显示HO1转录本母源存在,HO1mRNA的表达水平在尾芽期前较低,到咽囊期迅速上升并稳定在较高水平。HO1基因在斑马鱼成鱼多个组织中均有表达,在肝脏、脾、鳃、肾中的表达量较高。WISH结果显示,HO1基因在斑马鱼胚胎的卵黄合胞层、眼和血液中的表达量较高。利用超表达和基因敲降技术发现,注射HO1 mRNA使HO1基因过表达对斑马鱼早期胚胎发育无明显影响。注射HO1 MO使HO1基因表达抑制可导致斑马鱼胚胎出现发育迟缓、围心腔水肿、尾部消失等不同程度的畸形。HO1 MO导致的斑马鱼胚胎发育异常可被HO1 mRNA回复。利用Real-Time PCR研究发现,HO1基因表达抑制可导致IGF1表达量显著下降,IGFBP1表达量显著升高。这些结果表明斑马鱼HO1基因可通过调节IGF信号途径调控胚胎的正常发育。     

raldh2基因阻抑导致斑马鱼心脏发育畸形的机制

目的通过显微注射吗啡啉修饰的反义寡核苷酸(MO)阻抑视黄醛脱氢酶2(raldh2)基因表达,探讨raldh2基因阻抑对斑马鱼胚胎心脏发育的影响及可能的分子机制。方法根据斑马鱼raldh2基因起始密码区域序列设计合成吗啡啉修饰的反义寡核苷酸,采用显微注射方法阻抑斑马鱼胚胎raldh2基因表达。构建raldh2-EG-FP重组质粒进一步验证MO的特异性和有效性。分析raldh2基因阻抑后对胚胎发育,尤其心脏表型和功能的影响。通过胚胎整体原位杂交,分析心脏相关nppa和tbx20基因表达模式以及raldh2阻抑后对其表达的影响。结果显微注射raldh2-MO能有效地特异地阻抑斑马鱼胚胎raldh2基因表达,raldh2-MO对胚胎发育影响呈剂量依赖性。raldh2基因阻抑可导致胚胎心脏发育畸形,干扰正常的房室分化和向右环化,导致房室瓣血液反流。与野生型胚胎比较,raldh2基因阻抑组胚胎心率和心室收缩分数降低(P<0.05),心功能受损。整体原位杂交结果显示raldh2基因阻抑后nppa基因表达改变,心室部位nppa表达清晰,而心房部位表达减弱。tbx20基因在心脏、运动神经元、顶盖及视网膜表达,raldh2基因阻抑后,tbx20表达下调,在心脏表达减弱,以心房和流出道部位更显著。结论 raldh2基因在心脏早期发育的多个环节发挥重要作用,影响房室分化、心管环化和心肌收缩等。在心脏发育过程中nppa和tbx20基因表达受到raldh2基因调控,可能参与RA信号缺乏导致心脏畸形的潜在分子机制。     

二氢叶酸还原酶基因在斑马鱼神经系统发育过程中的作用

目的观察二氢叶酸还原酶基因(DHFR)功能阻抑斑马鱼胚胎的颅脑部发育情况,初步探讨二氢叶酸还原酶基因在斑马鱼神经系统发育过程中的作用。方法采用显微注射吗啡啉修饰的反义核苷酸(MO)的方法进行DHFR表达阻抑。胚胎发育至受精后48hpf观察胚胎的颅部发育情况,在60hpf时经石蜡切片进一步观察胚胎的脑发育状况。利用胚胎整体原位杂交的方法检测影响神经系统发育的关键因子ngn1和huc的表达情况。结果显微注射MO可成功的进行DHFR表达阻抑。DHFR表达阻抑组胚胎存在颅脑部发育明显异常和ngn1、huc的表达强度明显减弱,且与显微注射的MO剂量呈正相关。结论DHFR在斑马鱼颅脑发育中有重要作用;其功能阻抑可导致胚胎颅脑部发育异常,其机理与ngn1和huc的的表达减弱有关。     

斑马鱼akt3 基因的克隆及其表达图谱与过表达分析

采用RT-PCR 和RACE 相结合的方法, 克隆得到了斑马鱼的akt3/pkb 基因, 其cDNA 全长为2874 bp,编码479 个氨基酸。斑马鱼akt3 具有akt 家族成员间保守的PH 结构域、催化活性结构域和调节结构域以及两个保守的磷酸化位点Thr305 和Ser472。与已发表的人、大鼠、小鼠的akt3 氨基酸序列比较, 相似性分别为95.8%、94.7%和95.4%。对斑马鱼早期胚胎进行RT-PCR 检测显示, akt3 在0-4hpf(hours post fertilization)含量水平较高, 6hpf 到12hpf 降低至较低水平, 16hpf 后表达量开始逐渐上升, 60hpf 至96hpf 则稳定在较高水平。原位杂交结果表明: akt3 在2hpf 至96hpf 的胚胎中整体都有表达, 没有组织特异性。在成鱼中, 除鳃部外, akt3 在所检测的其他各组织器官中均有表达, 在脑部和卵巢表达量较高; 利用显微注射持续表达myr-akt3 mRNA 研究其功能充分性时结果显示, 过量表达斑马鱼akt3 mRNA 能使斑马鱼胚胎发育滞后且伴随着尾部短粗、体节模糊、尾末端膨大甚至严重缩短等不同程度畸形。而在斑马鱼myr-akt3 注射组发育至24hpf 时观察(以排除akt3 造成的发育延迟的影响), 发现注射过akt3 的斑马鱼胚胎的脑部厚度较对照组显著增大, 表明akt3 对斑马鱼胚胎脑部尺寸发育有影响。       

斑马鱼VEGF基因的siRNA表达载体构建、有效序列筛选及其对基因表达的干预性研究

为探索小干扰RNA（small interfering RNA,siRNA）表达质粒在研究斑马鱼血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）基因调控网络中的应用,构建了4个以斑马鱼VEGF基因为靶点的siRNA表达载体pSI—VEGF、pS2-VEGF、pS3-VEGF及pS4-VEGF。通过显微注射的方法将载体导入1-2细胞期斑马鱼体内,于胚胎发育的48h采用RT-PCR的方法检测VEGF基因的表达量,研究不同干扰序列对VEGF基因表达的干涉作用。结果显示,成功地构建了siRNA表达载体。针对不同位点的寡核苷酸序列抑制VEGF基因表达的效率有显著差异,其中注射了ps1-VEGF的胚胎出现了心包膜水肿、血流速度减慢、循环红细胞堆积等症状,同时肠下静脉、节间血管以及其它血管出现不同程度的发育缺陷。实验结果说明,pS1-VEGF可引起斑马鱼胚胎血管发育缺陷。     

草鱼两个肌肉生长抑制素cDNA克隆、表达及过量表达对胚胎发育的影响

肌肉生长抑制素(MSTN)是抑制肌肉生长和发育的重要生长调控因子.通过cDNA末端快速扩增法(RACE)克隆草鱼MSTN-1型和MSTN-2型全长cDNA.RT-PCR分析结果表明,MSTN-1在草鱼肌肉、脑和眼中的转录量较高,在肝胰脏、脾脏和心的转录量较低,在肠、腮、性腺和肾中无表达;MSTN-2只在脑和肌内中有表达.在草鱼胚胎发育的0-36 hpf期间,MSTN-1的转录量较低;在胚胎发育的36-48 hpf期间,其转录量呈逐渐升高的趋势;MSTN-2各时相均无表达,可能因为该基因在草鱼胚胎发育过程中不起重要作用.通过分别显微注射MSTN-1型和MSTN-2型mRNA至斑马鱼1-2细胞期胚胎.结果显示,注射MSTN-1型mRNA过表达可导致斑马鱼体节发生期胚胎的前-后轴拉长,背-腹轴变短,脊索轻微扭曲,以及体节发育受到强烈抑制而不分化等现象.注射MSTN-2型mRNA胚胎早期发育有所延迟并未发生明显变化,但发育至60h之后尾部明显发生严重弯曲.     

α-L-岩藻糖苷酶基因在斑马鱼发育过程中的功能分析

α-L-岩藻糖苷酶(alpha-L-fucosidase,FUCA1/2)是糖基水解酶家族的成员,参与糖蛋白、糖脂等生物大分子的分解代谢反应.为了解α-L-岩藻糖苷酶在动物发育中的功能,检测了fuca1和fuca2在斑马鱼组织和胚胎发育中的特异表达模式.fuca1和fuca2基因在斑马鱼成体中的表达存在组织差异,在斑马鱼的精巢中表达量最高,此外肝脏中也检测到fuca1和fuca2的高表达.在斑马鱼胚胎发育中,在其整个胚胎发育时期均检测到了fuca1和fuca2的表达.构建了fuca1基因的反义表达载体,显微注射到斑马鱼受精卵.统计结果显示反义载体注射导致斑马鱼胚胎高致死率.研究表明,fuca1和fuca2基因在鱼类胚胎发育和成体的精巢、卵巢与肝脏发育中可能具有重要的作用.     

间隙连接蛋白43基因在斑马鱼和金鱼中的表达模式分析

间隙连接蛋白43(connexin43,Cx43)是间隙连接蛋白家族的成员之一,在多种组织和细胞类型上广泛表达,参与体内平衡、胚胎发育、细胞分化及生长等生理活动。现以斑马鱼(Danio rerio)和金鱼(Carassius auratus)为材料,运用RT-PCR方法检测了Cx43基因在其组织和胚胎发育中的表达模式。结果显示:在斑马鱼的组织中,Cx43基因在心脏中的表达量最高,而在肾脏和卵巢的表达量较低;在不同发育时期的胚胎中,Cx43基因在体色素期和出膜期中的表达量较高,而在胚胎发育早期的表达量相对较低。在金鱼组织中,Cx43基因在心脏中的表达量较高,而在鱼鳍和眼睛的表达量较低;在不同发育时期的胚胎中,Cx43基因表达模式基本上与斑马鱼的12个时期相一致。研究表明,Cx43基因在鱼类不同组织和不同胚胎发育时期中可能行使不同的功能,但其具体的功能和机制还有待进一步研究。     

斑马鱼胚胎发育过程中FGF3基因的表达

为了解斑马鱼胚胎发育过程中FGF3基因的时空性表达情况,并探讨其对胚胎发育的调控作用,该研究分别提取2,4,8,12,24,36,48,72hpf斑马鱼胚胎的总RNA,经逆转录成cDNA,实时荧光定量PcR检测FGF3基因mRNA表达量;扩增FGF3基因特异片段,构建pGEM-T／FGF3基因片段重组质粒,经克隆及测序验证后,合成地高辛标记的反义RNA探针,以整体原位杂交法检测斑马鱼胚胎FGF3基因的空间性表达。结果显示：FGF3P基因在2hp胚胎就有表达,并持续至胚胎孵化,12hpf胚胎FGF3表达量达到高峰（P〈0．01）;胚胎发育过程中心表达部位以头、尾、咽弓为主。由此得出结论,FGF3主要在胚胎发育早期表达,其表达可能与胚胎脑、眼、耳、咽弓及尾部器官的发育调控有关。     

斑马鱼胚胎发育过程中TGF-1基因的表达特征分析

为研究转化生长因子 (Transforming growth factor , TGF)1对斑马鱼胚胎发育的调控作用, 通过NCBI获得TGF-1基因序列, TGF-1 cDNA全长1571 bp, 编码377个氨基酸。系统进化树分析发现, TGF-蛋白按照不同的类型严格聚类, 斑马鱼TGF-1与其他鱼类的TGF-1聚集到一个分支, 在进化中非常保守。对斑马鱼胚胎进行RT-PCR和Real-Time PCR检测显示, TGF-1基因为母源表达基因, 在分节期之前的表达水平比较低, 而从咽囊期开始持续高水平的表达。胚胎整体原位杂交发现, TGF-1基因在斑马鱼24 hpf 胚胎中开始有特异信号出现, TGF-1基因的表达主要分布在腮弓、侧线原基、耳囊、嗅觉基板、心脏和前肾等处, 表明TGF-1基因可能参与斑马鱼胚胎免疫调节、循环系统发育和侧线形成。用低氧处理斑马鱼胚胎, 发现低氧处理24h后斑马鱼胚胎发育延迟。利用Real-Time PCR和胚胎整体原位杂交检测发现, 低氧处理后发育延迟的斑马鱼胚胎中TGF-1 mRNA表达量较常氧组显著降低。以上结果表明, TGF-1基因参与斑马鱼胚胎发育调控, 并且可能与低氧处理后斑马鱼胚胎发育延迟有关。研究结果将为深入研究斑马鱼TGF-1基因的功能奠定基础。       

鲤鱼发育早期HPG轴和GH/IGF轴相关因子的转录起始分析

采用RT-PCR的方法,以不同发育时期的鲤鱼胚胎和幼鱼为材料,研究了与鱼类生殖相关的HPG轴以及与生长相关的GH/IGF轴中GnRH、GtH以及GH、GHR和IGF重要信号分子的转录起始特征.结果显示,sGnRH、cGnRH、GtH-Ⅰβ卢亚基和GHR于鲤鱼胚胎受精后20h开始转录,IGF-1于受精后23h开始转录,GtH-Ⅱβ亚基于受精后26h开始转录,GtH α亚基于受精后46h开始转录,GH于1dph(孵出后第1天)开始转录.其中,GHR和IGF-1均早于GH开始转录,GtH α亚基和β亚基的转录起始时间不同步.研究结果为揭示鲤鱼生殖与生长间的调控机制积累了重要的科学依据.     

血红素加氧酶1在斑马鱼低氧应激中的保护作用研究

实验探讨了低氧条件下血红素加氧酶1（Ho1）对斑马鱼的保护作用。Real-time PCR结果显示,低氧条件下斑马鱼ho1 mRNA水平在斑马鱼胚胎和离体培养细胞ZF4中显著增加,而在成鱼的不同组织中呈现不同的反应。低氧处理24h后,斑马鱼脑、鳃和肝脏中ho1 mRNA表达量明显上升,而在心脏和肾脏中ho1 mRNA表达量显著降低。用锌原卟啉IX（ZnPPIX）抑制ZF4细胞ho1的表达,采用CCK8试剂盒检测细胞存活率,结果显示抑制ho1表达可导致低氧条件下ZF4细胞存活率明显降低。利用Hoechst染色和caspase 3活性检测发现,在低氧条件下抑制ho1表达后ZF4细胞的凋亡率较对照组显著增加,而Ho1的诱导剂可显著降低低氧条件下抑制组的细胞凋亡率。这些结果表明斑马鱼Ho1可能通过抗细胞凋亡发挥低氧保护作用。     

Zebrafish dax1 is required for development of the interrenal organ, the adrenal cortex equivalent

Mutations in the human nuclear receptor, DAX1, cause X-linked adrenal hypoplasia congenita (AHC). We report the isolation and characterization of a DAX1 homolog, dax1, in zebrafish. The dax1 cDNA encodes a protein of 264 amino acids, including the conserved carboxy-terminal ligand binding-like motif; but the amino-terminal region lacks the unusual repeats of the DNA binding-like domain in mammals. Genomic sequence analysis indicates that the dax1 gene structure is conserved also. Whole-mount in situ hybridization revealed the onset of dax1 expression in the developing hypothalamus at approximately 26 h post fertilization (hpf). Later, at about 28 hpf, a novel expression domain for dax1 appeared in the trunk. This bilateral dax1-expressing structure was located immediately above the yolk sac, between the otic vesicle and the pronephros. Interestingly, weak and transient expression of dax1 was observed in the interrenal glands (adrenal cortical equivalents) at approximately 31 hpf. This gene was also expressed in the liver after 3 dpf in the zebrafish larvae. Disruption of dax1 function by morpholino oligonucleotides (MO) down-regulated expression of steroidogenic genes, cyp11a and star, and led to severe phenotypes similar to ff1b (SF1) MO-injected embryos. Injection of dax1 MO did not affect ff1b expression, whereas ff1b MO abolished dax1 expression in the interrenal organ. Based on these results, we propose that dax1 is the mammalian DAX1 ortholog, functions downstream of ff1b in the regulatory cascades, and is required for normal development and function of the zebrafish interrenal organ.     

斑马鱼整体原位杂交法研究MMP15a的发育相关表达的初步观察

克隆斑马鱼基质金属蛋白酶15a（MMP15a）基因,并研究其在斑马鱼胚胎早期发育中的时空表达状况。收集不同发育时期的斑马鱼胚胎,制备DIG标记的MMP15a RNA探针,采用全胚胎原位杂交方法研究MMP15a基因在胚胎斑马鱼的表达。结果MMP15a基因在胚胎受精后一个细胞时期就开始表达,从受精后24h起,在眼睛处表达明显,从受精后48h MMP15a在胸鳍和耳囊有特异性表达至到受精后96h。MMP15a在斑马鱼胚胎发育不同时期表达明显,且在胸鳍和耳囊处有持续表达。     

TBX1, a DiGeorge syndrome candidate gene, is inhibited by retinoic acid

Both retinoic acid (RA) and Tbx1 are definitively indispensable for the development of the pharyngeal arches. The defects produced by a loss of Tbx1 highly resemble those induced by hyper- and hypo-RA. Based on these similarities, the effects of RA on Tbx1 expression pattern were explored during pharyngeal arch development in zebrafish. Whole-mount in situ hybridization and real-time quantitative PCR were used. Zebrafish embryos were treated with 5 x 10(-8)mol/L and 10(-7)mol/L RA at 12.5 hours post fertilization for 1.5 hours, respectively. Whole-mount in situ hybridization showed that Tbx1 was expressed in the cardiac region, pharyngeal arch and otic vesicle between 24 hpf and 72 hpf in zebrafish. Tbx1 expression was obviously reduced, even lost, in the pharyngeal arch and outflow tract in RA treated groups. Real-time quantitative PCR analysis showed that Tbx1 expression rose to a peak level at 36 hpf in wild type group. Repression of Tbx1 expression was most evident at 36 hpf, 24 hours after RA treatment. 10(-7 )mol/L RA caused a more severe effect on the Tbx1 expression level than 5 x 10(-8)mol/L RA.The results suggested that RA could produce an altered Tbx1 expression pattern in zebrafish. In addition, RA could repress Tbx1 expression in a dose-dependent manner.     

Heme oxygenase activity causes transient hypersensitivity to oxidative ultraviolet A radiation that depends on release of iron from heme

Heme oxygenase (HO) breaks down heme to iron, biliverdin, and carbon monoxide, and activity of this enzyme increases in many tissues and cell types after exposure to oxidative stress. There is evidence that increased HO activity is involved in long-term protective mechanisms against oxidative stress. We studied the effect of artificially overexpressed HO activity on the cytotoxicity of oxidative ultraviolet A (UVA) radiation after loading human cells with the HO substrate ferric heme (hemin). In contrast to the reported long-term protection attributed to HO activity, cells overexpressing HO activity were hypersensitive to UVA radiation shortly after heme treatment when compared with control cells. Cells overexpressing HO activity showed an increased rate of heme consumption and a higher level of accumulated free chelatable iron when compared with control cells. The hypersensitivity of cells overexpressing HO to UVA radiation after heme treatment was apparently caused by the increased accumulation of chelatable iron, because the iron chelator desferrioxamine strongly reduced the hypersensitivity. One day after the heme treatment, cells overexpressing HO activity were no longer hypersensitive to UVA radiation. We conclude that increased HO activity can temporarily increase the sensitivity of cells to oxidative stress by releasing iron from heme.