EDU脉冲追踪小鼠心脏第二心场细胞迁移方法的优化

流出道(Outflow tract,OFT)发育畸形约占出生时检测到的人类先天性心脏病的30%,OFT和右室是由第二心场(Second heart field,SHF)祖细胞发育形成。SHF祖细胞向心管部署、迁移使心管得以足够的伸展,是心脏形态发生所必需的。然而,迄今SHF发育及迁移部署过程仍不清楚。建立标记、追踪小鼠心脏第二心场细胞迁移的方法,对于阐明哺乳动物心脏SHF迁移、部署的细胞生物学过程具有重要意义。首先采用文献报道的EDU(5-乙炔基-2’脱氧尿嘧啶核苷)脉冲追踪方法及剂量(10mg/kg),发现大部分胚胎并不能被EDU标记。接下来,分别对EDU标记的剂量以及脉冲标记的时间进行优化,分析EDU在SHF细胞中的标记情况、EDU标记的SHF细胞向OFT的迁移情况。发现EDU剂量增加到40 mg/kg能对胚胎进行有效的标记(由6只孕鼠获得的31只胚胎均被有效的标记),且不会对孕鼠和胚胎造成毒性;EDU脉冲标记2 h和4 h,EDU在SHF细胞中的标记效率、EDU标记SHF细胞迁移进入远端OFT的距离均没有差异。研究表明使用40 mg/kg的EDU脉冲剂量和2 h的标记时间,可对胚胎的SHF细胞进行有效的标记,经过19 h的追踪,EDU标记的细胞能够迁移进入到远端OFT中。     

心脏发育过程中的细胞命运转变及命运决定

胚胎发育过程中,心脏发生起源于生心中胚层(cardiac mesoderm)。在小鼠早期胚胎(E6.5),上胚体(epiblast)在低浓度Nodal诱导下, Eomes出现并激活Mesp1表达。Mesp1作为主调控者(master regulator),激活一系列生心关键转录因子及生心特异基因的表达,促进生心祖细胞的特化及生心区(cardiac field)的形成。之后的心脏形态发生涉及细胞命运的转变,包括流出道分隔过程中神经嵴细胞向间充质细胞转变、内皮细胞向间充质转变及房室通道发育过程中的内皮细胞向间充质转变。最新的研究表明,流出道在分隔成为主动脉和肺动脉根部之前,其中的细胞命运已经被预先设定。此综述文章重点探讨生心祖细胞特化、细胞命运转变与命运预先设定等方面的新进展,调控机制及争议问题。     

小鼠胚胎心流出道发育中胰岛因子1的表达及意义

目的观察胰岛因子1(Islet-1,ISL-1)在小鼠胚胎心流出道发育中的表达,探讨ISL-1阳性细胞在第二生心区的时空分布特点及其在心流出道发育中的作用。方法 15只胚龄8.5d~12d小鼠胚胎心连续石蜡切片,选用抗α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)、抗心肌肌球蛋白重链(myosinheavy chain,MHC)和抗ISL-1抗体,进行免疫组织化学染色。结果胚龄8.5d~10d,ISL-1阳性细胞相继出现在流出道远端、心包腔背侧脏壁和体壁中胚层、原始咽腹外侧间充质及第2对鳃弓核心间充质,并逐渐分化为心肌细胞添加到流出道远端;胚龄11d,咽腹侧ISL-1阳性细胞形成独特的锥形结构,形成主肺动脉隔的雏形;胚龄12d,ISL-1阳性锥形结构与流出道远端心内膜垫融合形成主肺动脉隔,此时ISL-1阳性细胞开始分化为平滑肌细胞,参与心包腔内升主动脉、肺动脉干和主肺动脉隔的发育。结论第二生心区涵盖了原始咽腹外侧间充质、心包腔背侧壁中胚层及鳃弓核心间充质等多个区域,其中的ISL-1阳性细胞具有多向分化潜能,在心发育的不同阶段可以分化为不同类型的细胞,参与流出道的正常发育。     

血管内皮细胞发育及分子机制

心血管系统是胚胎发育中最先形成的器官之一, 为机体提供营养成分和氧气。血管发育包括两部分, 一是内皮祖细胞(Angioblast)聚集形成血管原基(Vasculogenesis), 二是从已有血管形成新的血管分支(Angiogenesis)。此后由初级内皮细胞管召集平滑肌细胞形成功能性血管(Vessel maturation)。内皮祖细胞起源途径包括：由Flk1阳性中胚层细胞到成血成血管细胞(Hemangioblast)到血管内皮祖细胞; 或由Flk1阳性中胚层细胞直接到血管内皮祖细胞。Flk1阳性中胚层细胞受到vegf、flk1、cloche、lycat、etsrp等关键基因或信号通路的调节, 其中核心问题是原肠期中胚层如何形成Flk1阳性中胚层细胞及进一步分化成血管内皮祖细胞和成血血管细胞。文章集中评述内皮祖细胞发育、分化及其分子遗传调控机制, 并展望本领域未来发展方向。     

心脏动脉极的形成

目前已发现与生心区形成心管这一过程有密切关系的关键基因和信号分子.对称的生心区后部促使心肌前体细胞形成心脏的流入区域或静脉极.最近在鸡和鼠胚胎中已经鉴定:心肌前体细胞群在咽中胚层中位于早期心管的前部.这种前部导致心脏的流出区域或动脉极处的心肌的产生.因此,脊椎动物的心脏起源于两种心肌前体细胞.这些细胞通过不同的基因程序有规律地出现.心区前部的发现对于解释突变鼠的心脏缺陷和研究人类先天性心脏病有非常重要的意义.     

细胞松弛素E对大鼠生精细胞发育的影响

本文采用微丝抑制剂——细胞松弛素E对大鼠生精细胞发育的影响作了形态学观察,特别对支持细胞骨架复合体的作用进行了较为详细的研究。结果表明睾丸内注射0.1ml,1000μmol/L～2000μmol/L,细胞松弛素E,6-14小时后,光镜下可见曲细精管上皮排列疏松,组合紊乱,有的生精上皮基底部出现双核和三核的圆形细胞和多核巨精子细胞,管腔内出现未成熟的精子;在第ⅤⅢ～Ⅸ期曲细精管上皮中,有许多第8、第9期的精子细胞顶体不指向基底方向,属定向不正的精子。电镜下,实验组动物可见一些面向第8-18期精子细胞顶体的支持细胞骨架复合体出现不同程度的缺如,有的断裂成小段;有的破坏仅发生在顶体上方;有的几乎全部丢失,并有类管球复合体的形成。另外,在高渗液处理下,可见精子细胞顶体和支持细胞间的间隙扩大。最后对微丝在精子发育中的作用进行了讨论。     

斑马鱼原肠胚细胞运动

在斑马鱼原肠胚期, 细胞通过重排形成3个胚层：内胚层, 中胚层和外胚层。细胞重排的过程包含了3种极为保守的运动形式, 即外包运动、内卷运动和集中延伸运动。其中, 脊索前板祖细胞的前部延伸对于中内胚层祖细胞的定位以及最终分化形成胚层尤为重要。脊索前板祖细胞也是目前研究体内细胞运动机制的良好模型。原肠胚期细胞运动受诸多信号通路调控, 如Wnt/PCP信号通路, 但细胞行为的分子机制尚不明确。目前细胞粘附和细胞骨架重排是研究斑马鱼原肠胚期细胞运动的热点之一。此外, 胚胎外组织(卵黄合胞体层)对于原肠胚细胞运动的影响也受到了更多的关注。文章主要探讨了在斑马鱼原肠胚期细胞运动过程中控制细胞行为的关键因素以及一些尚未理清的问题, 并为将来在细胞水平上构建完整的原肠运动调控分子的图谱提供参考。     

Rho GTPases和细胞凋亡

细胞凋亡涉及细胞骨架的形态学改变,Rho GTPases在细胞骨架改变中起着至关重要的作用。近年来的研究揭示了Rho蛋白家族在肌动蛋白(actin)聚合、解聚及actin-myosin的分子调节机制。同时越来越多的研究表明,Rho GTPases在巨噬细胞吞噬凋亡小体中也发挥了关键作用。本综述就Rho GTPases信号途径在细胞凋亡中细胞骨架的结构改变及凋亡小体被吞噬过程中的作用进行具体讨论。     

hhLIM与actin相互作用依赖其C端LIM结构域

hhLIM是LIM蛋白家族成员之一,该蛋白质含有两个LIM结构域,在基因表达调节、细胞骨架组构及细胞肥大过程中发挥重要作用.构建hhLIM不同LIM结构域的突变体,探讨其两个LIM结构域在与actin相互结合中的作用及其可能机制.GST-pull down和hhLIM及其突变体与actin细胞定位关系的免疫荧光分析结果表明,C端的LIM结构域2是hhLIM与actin结合所必需的,该结构域中的两个Cys置换为Ser后可使hhLIM结合actin的功能完全丧失,N端的LIM结构域1突变使hhLIM结合actin的能力下降.F-actin交联实验结果显示,hhLIM通过LIM结构域2与actin直接结合并起到交联F-actin的作用.结果表明,LIM结构域2在hhLIM与actin相互作用及调节actin细胞骨架组构中起决定性作用.     

荧光标记法检测不同毒物对细胞骨架的影响

细胞骨架(Cytoskeleton)主要由微管(Microtubule,MT)、微丝(Microfilament,MF)以及中间丝(Intermediate filament,IF)这三种类型组成。它们在细胞的形态维持、物质运输、信号转导、能量转换及细胞的运动和分裂等多个过程中发挥着重要的作用。其中,由肌动蛋白组成的微丝是真核细胞中含量最丰富的一种蛋白复合体,以解聚时的球状肌动蛋白G-actin(Globular actin)或聚合时的纤丝状肌动蛋白F-actin(Filamen-tous actin)形式存在。正常细胞中肌动蛋白两种形态的转换处于动态平衡,共同行使细胞的变形运动、胞质分裂、基质附着和胞间连接等多…     

中胚层细胞谱系研究

深入认识中胚层细胞谱系产生和发育分化过程有助于体外获得大量可用于移植的、有功能的中胚层来源成体干细胞,为基础科学和再生医学治疗提供理论指导。中国科学院战略性科技先导专项"干细胞与再生医学研究"项目内的中胚层研究,以肌肉和血液两个中胚层来源细胞谱系决定为切入点,探讨中胚层细胞谱系在发育分化过程中的重要功能和调控机制,建立成体干细胞体外扩增培养体系,为中胚层来源干细胞的自我更新、迁移增殖和定向分化研究提供重要的理论基础,并为中胚层系统疾病提供治疗靶点和细胞来源。现将对先导项目启动五年来开展的研究内容及其取得的研究成果进行介绍。     

机械拉伸对血管平滑肌细胞粘附及生长的影响

通过自行研制的“四点弯曲梁”实验装置对血管平滑肌细胞（VSMC）加载培养,并结合显微形态观察和计算机图像处理系统测量细胞铺展投影面积、微管吸吮实验系统检测细胞与表面的粘附力、α-肌动蛋白(actin)免疫组化试验,了解细胞骨架发育和排列取向、流式细胞仪检测细胞动力学以及细胞生长行为等认识VSMC对应变刺激的响应.发现VSMC粘附铺展与实验时间正相关,细胞粘附力、铺展面积、单位面积粘附力4 h后实验组与对照组无显著性差异.VSMC内α-actin发育随加载时间延长呈增加趋势.细胞动力学检测实验组加载24 h后VSMC增殖活动受到抑制.VSMC可能通过调节细胞铺展行为、胞内应力纤维发育等主动机制,实现对机械拉伸的适应性改建.应变刺激有利于体外培养的VSMC维持收缩表型.     

命运决定子Numb在神经干/祖细胞不对称分裂及分化中的调控作用 

不对称分裂是干/祖细胞发育分化中的基本过程,膜相关蛋白Numb在其中发挥重要作用.Numb极性分布于细胞一侧,在干/祖细胞有丝分裂时不对等分配至两个子代细胞,使子代细胞产生不同分化命运.如一个保持在干/祖细胞状态,而另一个发育为神经元,这一过程主要通过抑制Notch信号通路发挥作用.近年在哺乳动物中的研究中发现,高强度Notch信号又能够反馈抑制Numb活性.Numb具有维持神经干/祖细胞增殖与促进分化的双重作用,Numb的命运决定作用还与Shh信号通路和p53蛋白等相关.另外,Numb参与调控细胞的粘连、迁移以及神经元轴突的分支与延长.本文主要对Numb在果蝇及哺乳动物神经干/祖细胞中的定位以及其在决定细胞命运和分化中的调控作用进行综述.     

微管微丝交联因子1的结构与功能

微管微丝交联因子1(microtubule actin cross-linking factor 1,MACF1)是一种新的细胞骨架交联蛋白,属于血影斑蛋白(spectraplakin)家族成员之一,包含3个基本结构域即N末端结构域、杆状结构域及C末端结构域.其主要功能是交联微丝微管细胞骨架,参与细胞信号转导、蛋白质运输、胚胎发育以及疾病发生等过程.近年来,MACF1在细胞骨架动力学过程中的作用备受关注.现就该分子的结构与功能的最新研究进展进行综述.     

甜菜夜蛾胚胎发育的研究(Ⅱ)--体腔、体壁、循环系统和部分器官的发育

详细研究了甜菜夜蛾Spodoptera exigua(Hubner)在胚胎发育中体腔、肌肉、体壁、循环系统、丝腺、脂肪体和绛色细胞的发育过程,并总结了25℃下甜菜夜蛾胚胎发育的时间进度.体腔囊出现后,中胚层分为腹壁中胚层和背壁中胚层,前者将来形成体壁肌、脂肪体等,后者主要形成消化道外的肌肉层;腹壁中胚层与背壁中胚层交界处的细胞发育成成心细胞,随着背合的完成形成心脏,并与头部伸出的大动脉相接,形成背血管;胚胎发育到50h左右,体壁真皮细胞开始分泌含几丁质的表皮,幼虫孵化前,其体表布满脊突和刚毛;绛色细胞由胚体1～8腹节的外胚层部分细胞发育而成.     

小鼠胚胎近端流出道隔的融合与心肌化研究

目的探讨心脏近端流出道隔的融合和心肌化过程及其机制。方法选用胚胎(embryonicday,ED)11.5至出生后1dC57BL6小鼠(简称C57小鼠)。采用免疫组化法测定横纹肌肌动蛋白αSCA,神经嵴细胞的标记物AP2及HNK1,凋亡相关分子activecaspase3的表达;采用TUNEL法原位检测细胞的凋亡程度。结果①近端流出道隔的融合及心肌化的时空模式:近端流出道心内膜垫于ED11.5开始融合,ED13.5基本完成融合;心肌化约从ED12.5开始,至ED15.5基本完成。整个心肌化过程呈现心肌从流出道隔由外向内的内向性生长趋势。②近端流出道隔HNK1的表达:从ED11.5到生后1d近端流出道隔极少或几乎无HNK1表达。③近端流出道隔AP2的表达:ED11.5几乎无表达,ED12.5、ED13.5可见少量表达,从ED14.5以后消失。④近端流出道隔细胞的凋亡:TUNEL和caspase3的检测均表明近端流出道隔的凋亡集中出现在ED12.5和ED13.5,一部分凋亡细胞可能为AP2阳性的神经嵴源性细胞。结论C57小鼠心脏近端流出道隔在胚胎发育早中期开始融合,并逐渐完成心肌化过程,心脏神经嵴细胞可能通过凋亡途径参与了该过程。     

NBC1在大鼠生后胰腺发育中的表达

目的:研究碳酸氢钠协同转运栽体(NBCl)在大鼠生后胰腺发育过程中的表达变化及细胞定位.方法:采用RT-PCR和Westem blot分别检测了NBC1核酸和蛋白在新生(PO)、P7、P14、P21和成年时期胰腺的表达情况,用Double fluorescence immunohistochemistry 分析了NBC1在P7、P14和成年时期腺泡和β细胞的定位表达.结果:在大鼠胰腺生后发育过程中,NBC1核酸、蛋白在P14时特异高表达,而在P7和成年最低;在腺泡基底侧膜和β细胞膜有阳性信号,且在成年胰腺中β细胞膜阳性信号较腺泡基底侧膜强.结论:NBC1在生后发育重塑旺盛期特异高表达,而在凋亡旺盛期和成年期表达最低.与腺泡细胞相比在成年期NBC1更集中于β细胞.提示NBC1在胰腺生后发育过程中不仅与胰岛结构重塑而且与胰腺功能发挥相关.     

肌动蛋白与纽蛋白在神经干细胞定向分化为神经元过程中的表达

目的研究新生大鼠大脑皮层神经干细胞定向分化为神经元过程中肌动蛋白(actin)的时空表达变化及其与纽蛋白(vinculin)的关系.方法采用神经干细胞培养、免疫细胞化学技术对神经干细胞定向分化为神经元的过程中actin的时空表达进行研究;采用免疫荧光双标术及共聚焦激光扫描显微术对定向分化神经元过程中,actin与vinculin关系进行探讨.结果在神经干细胞向神经元定向分化过程中, actin在胞体与突起中有表达,且与日渐增,核周表达逐渐增强,分化成熟时胞体与突起中可见丝状细胞骨架随着突起伸展而延伸.免疫荧光双标actin、vinculin在CLSM下观察,分化早期,胞体和突起内均有分布,actin明显强于vinculin,而vinculin于核周及一侧突起较强.分化近成熟期,vinculin反应增强,随着细胞突起生长,在突起中两蛋白共存处可见节段状分布的黄色融合光,直达突起的末端.结论本研究揭示在大脑皮层神经干细胞定向分化为神经元过程中,actin表达变化与神经元发育成熟呈正相关,且actin与vinculin共存.     

对F-actin的新认识

T淋巴细胞寿命长且具有高度可移动性,它们在循环血和外周组织中快速移动而寻找抗原。细胞骨架蛋白actin在该过程中有重要作用。其中作为不同细胞骨架结构组成原料的F-actin是研究热点。Actin相关蛋白2／3（Arp2／3）复合物构成F.actin的结构基础,使T细胞具备迁移的能力。此复合物组成激活T细胞和抗原提呈细胞之间的信号突触。因此,F．actin一直被认为是发挥正性作用的物质,它对于细胞的移动和细胞信号的维持是必需的。最近Foeger等研究者认为F-actin不一定仅仅具有正面作用。当Arp2／3天然的拮抗剂coronin-1蛋白缺陷时,正常发育的T细胞中F-actin增加。但是,此时趋化反应受到抑制,线粒体膜电位降低,细胞迁移能力和生存能力降低,最终导致细胞死亡,引起淋巴细胞减少症。但是coronin-1缺失不影响免疫突触的形成和T细胞的激活。Coronin-1使Arp2／3活性降低,但稳定性增加可能是上述现象的原因之一。     

Wntless/GPR177对小鼠原肠发生和心脏发育至关重要（英文）

小鼠早期胚胎发育包含原肠运动和器官发生等重要发育过程,这些过程受多种信号通路调控,其中有Wnt、BMP、Nodal、FGF等信号通路,它们之间进行精细严密的协调,保证胚胎发育的正确进行。β-联蛋白作为Wnt配体的共同下游信号分子,在小鼠原肠运动和器官发生中发挥至关重要的作用。Wntless/GPR177在以前的研究中已被报道参与调节Wnt配体的成熟、分选和分泌等,小鼠全身剔除Wntless(Wls)将严重影响胚胎体轴形成。在该研究中,Wls被特异性地在上胚层、心血管中胚层和心肌祖细胞中剔除,以探索Wls如何参与到小鼠原肠运动和心血管发育中。我们发现,在上胚层剔除Wls后,明显阻断了上皮-间充质转化过程,这是中胚层迁移中的关键步骤。在Wls条件性剔除的上胚层中,β-联蛋白表达模式发生变化,表达水平明显下降; E-钙黏着蛋白和N-钙黏着蛋白明显上升。此外,被剔除Wls的上胚层中,细胞凋亡明显增加。不论是在心脏中胚层还是在心脏前体细胞中,剔除Wls都导致严重的心血管发育缺陷和胚胎死亡,证明Wls对心脏发育同样十分重要。这些研究结果证明,Wntless在小鼠原肠运动和心脏发育中均发挥十分重要的作用。