皮肤毛囊发育的转录组研究进展

近年来,转录组测序技术在动物重要经济性状受复杂基因网络的调控研究领域取得了显著的成果。作为哺乳动物皮肤的衍生物,毛囊是唯一具有高度自我更新能力、独特的可再生器官,毛囊细胞经增殖分化最终形成毛发。已有的研究表明,诸多生长因子及其受体作为体内分泌协调基因的重要因素,对毛发的生长发育起着重要的调控作用。文章综述了近年来转录组测序技术在人、小鼠及羊等生物的皮肤毛囊发育和再生过程中基因调控方式的研究进展,旨在为今后人工干扰绒毛周期生长发育和分子育种提供理论依据,同时也为皮肤毛囊相关疾病的临床治疗提供新思路。     

MicroRNA对皮肤毛囊发育的调控机制

MicroRNA是参与转录后水平表达调控的重要因子, 在病理上成为药物作用的潜在靶点, 在生理上成为表型调控的潜在位点。目前, 对于microRNA的功能已有一定了解, 但其在皮肤毛囊发育中的作用机制还不完全清楚。近年来, 高通量测序技术为microRNA的鉴定提供了更准确、快速的途径, 研究发现一些microRNA能够影响皮肤毛囊细胞的分化和增殖, 其相关靶基因在调控毛囊周期性生长的过程中充当重要角色。文章综述了近年来microRNA在皮肤毛囊生长发育调控机制研究领域所取得的成果, 以期为后续开展绒山羊毛囊生长相关microRNA作用机制研究提供借鉴。     

毛囊分子调控机制

毛囊是产生毛被的组织,具有周期性,经历生长期、衰退期和休止期三个时期,毛囊与皮脂腺组成毛囊皮脂腺单位。本文从分子层面分别对调控毛囊周期性变化、毛囊皮脂腺发育以及毛囊中影响毛被光泽度及毡结度的因子等给予了详细阐述,这些均为提高山羊绒产量和质量提供了重要思路。     

天祝白牦牛退行期毛囊细胞亚群鉴定以及特征基因生物信息学分析

从单细胞水平解析天祝白牦牛退行期毛囊发育过程主要细胞类型,旨在对主要细胞类群特异表达基因进行生物功能预测与生物信息学分析,探索退行期毛囊发育调控机制。采用单细胞转录组测序对退行期毛囊进行异质性分析,利用已知标记分子对细胞类群进行筛选鉴定,并对鉴定得到的主要细胞类群进行GO和KEGG分析,同时对毛囊形态发生过程中涉及的关键分子进行免疫组织分析。结果表明,天祝白牦牛退行期涉及IFE-DC细胞、表皮细胞系、黑色素细胞、INFU细胞等细胞类群。其特征基因主要参与表皮发育、上皮细胞分化、超纤维组织发育、组织形态发生以及细胞形态学发生等生物过程。KEGG富集分析发现,特征基因主要富集在黏附连接、细胞周期、RNA转运等与毛囊发育相关的通路中。涉及的不同细胞类型拥有GJA1、FKBP4、KRT1、KRT80、FGFR2等28个共同基因。该研究成功鉴定出天祝白牦牛退行期主要细胞类群,获得了特征基因富集通路,揭示了退行期毛囊发育机制。     

miRNA在调控皮肤和毛囊发育中的作用

表皮发生和毛囊的周期性再生涉及一系列基因的激活和沉默。近年来的研究表明, miRNA的表达谱在表皮和毛囊组织中存在组织特异性, 在毛囊周期性发育中存在阶段特异性。大量miRNA参与表皮和毛囊的发生, 色素的沉着以及毛囊的周期性发育过程, 不同类型细胞中的miRNA通过与信号通路和调控因子相互作用形成了一个全方位、多层次的网络调控系统。文章综述了miRNA调控表皮内稳态和毛囊周期性发育的一些研究 进展, 旨在丰富miRNA参与的基因调控网路的研究, 进而为人工调控miRNA进行疾病治疗和分子育种提供 帮助。     

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。     

毛囊干细胞研究进展

毛囊干细胞定位在毛囊隆突部,该部位细胞具有其它成体干细胞的共同特性,即慢周期、未分化、自我更新能力及体外增殖能力强等。CD34,K15,K19和Nestin可能作为毛囊干细胞的表面标记。毛囊干细胞在体外可诱导分化为神经元细胞,神经胶质细胞,角化细胞,平滑肌细胞和黑色素细胞等,而在体内（移植后）可分化为神经元、黑色素细胞等。在毛囊干细胞信号调控中涉及到许多的调控信号,主要包括WNT信号、BMP信号和NFATc1等基因的作用。     

Wnt通路中的部分基因在绒山羊胚胎皮肤毛囊中的表达分析

已知绒山羊毛囊的发育受Wnt等信号通路控制,但Wnt通路相关基因在绒山羊胚胎毛囊启动和生长发育过程中的表达及作用机制尚不清楚。本文采用RNA-Seq技术对45 d,55 d和65 d的绒山羊胚胎体侧皮肤进行了转录组测序,鉴定Wnt通路相关基因的表达。 RNA- Seq技术结合blast搜索,将转录组有效测序数据与云南黑山羊参考基因组序列(http://goat. kiz.ac. cn/GGD/download.htm)比对,获得了已知的Wnt通路（pathway hsa04310）中的123个相关基因（86.0%）。进而采用实时荧光定量PCR技术检测,验证了差异表达的Sfrp4、Wnt3、Wnt10a（上调）和Apc2（下调）基因在绒山羊胚胎不同时期皮肤中的表达量,初步探索了绒山羊毛囊在胚胎期启动、发育过程中,Wnt通路部分基因的表达模式,为进一步研究Wnt通路部分基因在绒山羊胚胎毛囊启动、发育过程中的作用机制提供了有意义的线索。     

绵羊ILK基因的克隆及其在毛囊生长期的表达

整合素连接激酶(ILK)是一种支架蛋白,在毛囊发育过程中发挥重要作用。文章利用PCR技术,首次获得绵羊ILK基因的编码区全长序列,并进行了生物信息学分析;同时对该基因的组织表达谱及其在不同绵羊品种毛囊生长期皮肤组织中的表达变化进行了研究。结果表明,绵羊ILK基因ORF全长1 359 bp,编码452个氨基酸。ILK蛋白结构经预测含有3个锚定重复序列和1个激酶结构域,并存在多个磷酸化位点和蛋白激酶C的磷酸化位点。半定量RT-PCR结果显示该基因在绵羊心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏、骨骼肌、皮肤和小肠组织中均有表达,皮肤、脾脏和肝脏中表达量较高;实时荧光定量PCR结果表明在3~5月份(毛囊生长起始期),ILK基因在中国美利奴超细型和哈萨克羊皮肤组织中的表达水平较高并均呈逐月上升趋势;在6~10月份(毛囊生长期),中国美利奴超细型皮肤ILK基因表达水平高于同期的哈萨克羊。分析认为ILK可能在调控绵羊次级毛囊生长发育过程中起一定作用。     

敲除非受体酪氨酸激酶c-Abl促进小鼠毛发循环和再生

c-Abl作为非受体酪氨酸激酶家族的成员,参与调节多个组织器官的发育过程,如神经、血管及骨骼等。c-Abl的异常激活也往往导致神经退行性疾病或肿瘤的发生。到目前为止,c-Abl在皮肤和毛发器官中的研究非常少。本研究首先分析了c-Abl基因在皮肤和毛囊中的动态表达情况,发现在毛囊上皮有丰富的表达,然后利用表皮特异性工具小鼠K14-Cre将c-Abl基因在表皮敲除,发现毛囊由静息期向生长期的转换略有加快。小鼠脱毛实验发现,当所有毛囊都从头开始再生时,突变鼠的毛囊起始比对照小鼠更快。这些结果均表明,在表皮敲除c-Abl基因能够导致毛发循环和毛囊再生的加快。进一步的研究发现,以上表型可能是c-Abl通过调节BMP信号通路造成的。我们的工作首次研究了c-Abl基因在皮肤毛囊中的动态表达,揭示了c-Abl通过BMP信号通路调节毛囊再生的机制。     

鸟类毛囊形态发生中的分子信号

鸟类羽毛形态各异、功能多样,一直是国外研究的热点。毛囊是羽毛生长的载体,近年来,国外以鸡作为模式动物,对其毛囊生长发育规律、调控因子及其调控作用进行了大量研究。研究中发现,很多调控因子参与了毛囊形态发生过程,构成了极其复杂的信号网络。     

cgVEGF164基因对小鼠毛囊生长的影响

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是一种二聚体糖蛋白,能够诱导毛囊血管内皮细胞的增殖和迁移,调节毛囊周围毛细血管生成,进而影响毛囊的生长发育。已知cgVEGF164是绒山羊VEGF-A基因的一种主要剪接变体,但cgVEGF164基因是否具有调控毛囊生长发育的作用目前尚不清楚。为初步探究cgVEGF164基因对毛囊生长的影响及其机制,本研究通过原核显微注射制备cgVEGF164转基因过量表达小鼠。通过HE染色法比较转基因小鼠和非转基因对照小鼠毛囊的直径和密度,利用WesternBlot检测小鼠背部皮肤中信号蛋白ERK1/2、AKT1、LEF1的磷酸化水平。本研究成功获得5只阳性cg VEGF164转基因小鼠(雌雄比为4:1,阳性率8.5%);与非转基因对照小鼠相比,转基因小鼠毛囊直径增大、密度增加;经检测转基因小鼠中ERK1/2、AKT1、LEF1的磷酸化水平均上调。结果表明,cgVEGF164基因具有促进小鼠毛囊生长的作用,推测该功能可能与cgVEGF164影响ERK1/2、AKT1和LEF1等信号蛋白的磷酸化有关。     

皮肤表皮干细胞的研究进展

成体的皮肤一生都在不断的自我更新,其中的毛囊还是保证毛发进行生长-脱落周期循环的细胞组织学基础。存在于表皮内的干细胞维持了成体皮肤的自我平衡及毛发再生。表皮是由构体分子组成。每个构体分子包含毛皮脂单位（毛囊和皮脂腺）及其周围的毛囊间表皮。毛囊间表皮具有祖细胞,损伤时能自我更新;毛囊具有多能干细胞,在新毛发周期开始或者损伤时能够启动干细胞功能,为毛囊的生长或表皮的修复提供细胞来源。本文概述了当前对表皮干细胞的认识,着重阐明毛囊间表皮内有祖细胞的证据,毛囊间表皮干细胞在体外的自我更新能力,毛囊膨突部内干细胞的特征和一些相关基因的表达等。     

小鼠毛囊不同生长周期中MITF下游色素相关基因的定位表达及相关性分析

小眼畸形转录因子（MITF）不仅是黑色素细胞发育、增殖和存活的必要调节因子,而且对调节相关酶和黑素体蛋白表达来确保黑色素产生具有至关重要的作用。MITF下游色素相关基因在小鼠毛囊生长周期中的表达及相关性仍有待研究。HE染色结果表明不同毛囊时期的小鼠毛囊呈现典型的组织形态学结构;免疫组织化学显示,MITF、GPNMB、OA1、TYR、TYRP2在不同毛囊生长周期中的毛基质及内外毛根鞘均有不同程度的阳性表达。黑色素测定结果表明,在毛囊生长初期和中期,碱性可溶性总黑色素（ASM）、真黑素（EM）以及褐黑素（PM）相对含量高于毛囊生长末期。蛋白免疫印迹结果表明,MITF、GPNMB、OA1、TYR、TYRP2在毛囊生长初期和中期蛋白质相对水平明显高于毛囊生长末期。实时荧光定量PCR结果表明, MITF、GPNMB、OA1、TYR、TYRP2、PMEL在毛囊生长初期和中期,mRNA相对表达量显著高于毛囊生长末期。在不同毛囊生长周期小鼠皮肤的MITF下游色素相关基因表达存在显著差异,表明上述因子在维持黑色素细胞色素生成是不可或缺的因素。     

LncRNA在哺乳动物毛囊发育调控中的研究进展

长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一类长度超过200 nt,本身不具编码能力的真核转录本,是基因编码蛋白的关键调节器,在转录水平和转录后水平调节基因的表达,广泛分布于动植物基因组中,作为一类重要的调节因子参与生命发育周期、细胞分化及疾病相关的一些生物学过程。目前,已有一些与皮肤生物学相关lncRNA的报道,但其在皮肤毛囊发育和毛发纤维中的功能及作用机制鲜有报道。近年来,新一代测序技术和芯片技术的结合为lncRNA的鉴定提供了更加有效和快速的途径。研究表明,部分lncRNA对皮肤毛囊细胞的增殖、分化及真皮乳头的形成具有一定影响,其相关靶基因参与调控毛囊的周期性生长。结合近期研究进展就lncRNA对毛囊生长发育的调控作用进行了综述,旨在为后续研究哺乳动物毛囊生长发育相关lncRNA的作用及调控机制奠定理论基础。     

常见毛囊细胞角蛋白在毛囊周期中的表达研究

目的探讨常见毛囊细胞角蛋白在毛囊周期中的表达特征。 方法取毛囊发育期、生长期启动、生长期、退化期和静止期的小鼠皮肤,石蜡切片后通过免疫荧光的方法,检测细胞角蛋白Krt5、Krt6、Krt10、Krt14、Krt15和Krt19的表达情况。 结果Krt5在静止期和生长期启动表达于所有毛囊上皮细胞,在其他时期表达不一致;Krt6表达于所有时期的外根鞘细胞和内根鞘细胞;Krt10表达于生长期和退化期的毛母质和内根鞘细胞,在其他时期表达不一致;Krt14在生长期和退化期表达于所有毛囊上皮细胞,在其他时期表达不一致;Krt15和Krt19表达于毛囊发育期、生长期启动和静止期的毛囊隆突区细胞,在生长期和退化期表达不一致。 结论角蛋白作为毛囊结构或毛囊干细胞标记物仅适用于特定的毛囊周期。研究者在使用毛囊角蛋白作为标记物时,应首先明确其在毛囊周期中的表达情况。     

毛囊干细胞及其隆突微环境

毛囊隆突(bulge)是毛囊干细胞特定的微环境,它维持并调节干细胞的特性,使干细胞在静息态、自我更新和分化上保持平衡。现重点从毛囊隆突的物理结构上来简要揭示微环境对干细胞的调控。     

P75NTR在绒山羊毛囊生长周期中的表达

实验旨在研究绒山羊（Capra hircus）毛囊生长相关基因的表达规律,为绒山羊分子育种提供参考。本实验采用RTPCR、组织免疫荧光、Western blot等方法,研究神经营养素受体P75NTR在辽宁绒山羊皮肤组织中的表达和分布情况。结果表明：在毛囊生长周期的三个时期,均监测到P75NTR mRNA及蛋白的存在,P75NTR的荧光信号在退行期要强于其他两个时期,且在退行期毛囊外根鞘细胞中检测到P75NTR的高表达。以上结果表明,P75NTRmRNA及蛋白的表达与毛囊生长周期变化有一定的相关性,P75NTR受体在绒山羊的毛囊周期性变化中发挥着重要的功能。     

利用CRISPR/Cas9系统构建FGF21基因敲除小鼠模型

成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factors, FGFs)是细胞间的多功能信号分子,调节生物体的多种生理功能。FGF21作为一种重要的调控因子,对毛囊发育及生长周期具有重要作用。为研究FGF21基因对毛囊发育及生长周期的影响及作用机制,本研究通过构建靶向敲除FGF21基因的载体,体外将Cas9 mRNA和gRNA显微注射到FVB小鼠受精卵中,在小鼠FGF21基因的第1外显子上造成移码突变,从而获得FGF21基因敲除(knock out, KO)小鼠。通过测序鉴定F₀代小鼠基因型,共获得3只FGF21等位基因敲除小鼠(Fgf21 ^-/-);qRT-PCR和Western blotting结果表明,在Fgf21 ^-/-小鼠中未检测到FGF21 mRNA表达和FGF21蛋白表达;经脱毛再生及皮肤组织H&E染色发现,与野生型(wild type, WT)小鼠相比,Fgf21 ^-/-小鼠体重降低、器官组织未出现异常变化、毛发生长速度减慢、毛囊的直径和毛发的密度均减小。本研究利用CRISPR/Cas9技术成功构建了Fgf21 ^-/-小鼠模型,为后续研究FGF21基因在毛囊发育及生长周期中的功能提供了更好的动物模型。     

对中国黄牛毛囊DNA六种提取方法的研究

本研究的目的是寻求一种简便、高效和对黄牛没有创伤的DNA提取方法,从而为黄牛基因组DNA的制备提供最优可行方案。本研究以中国黄牛毛囊作为DNA的提取材料,设计了离心柱法、磁珠法、SDS法、CTAB法、碱裂解法和煮沸法等6种DNA提取方法,然后分别对提取的DNA样本进行了分光光度计鉴定、PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳。发现在这6种方法中,耗时最短且成本最低的是煮沸法;DNA纯度、浓度和完整度最理想的是CTAB法;而磁珠法可实现大规模高通量提取,能减少实验者的手动工作量,并且适用于基因测序各种常规操作。以此得出,适用于基因测序的6种黄牛毛囊DNA提取方法中最优的是磁珠法。本研究对中国黄牛毛囊DNA的6种提取方法进行了总结和分析,为今后提取毛囊DNA的研究提供了借鉴和参考。