斑马鱼胚胎胚盾特异表达基因的鉴定

目的由于原肠期细胞的剧烈运动,在斑马鱼胚胎的背侧汇聚形成了称为胚盾(shield organizer)的结构,是胚胎发育的信号组织中心,在背腹轴建立和胚层诱导过程中具有关键作用。系统鉴定在胚盾特异表达的基因,可为进一步探讨胚盾形成的机制及其指导胚胎早期发育的分子机理提供参考。方法 Tg(gsc:GFP)转基因鱼在胚盾表达特异的绿色荧光。通过流式细胞分选技术分离富集GFP阳性细胞并提取总RNA进行RNA深度测序,检测可能在胚盾高水平表达的基因。然后利用荧光实时定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)和原位杂交技术鉴定若干在胚盾特异表达的基因。结果从Tg(gsc:GFP)转基因鱼胚胎中分离富集到了纯度超过96%的GFP阳性细胞,RNA深度测序的结果显示有657个基因的表达水平比整胚细胞或GFP阴性细胞高2倍以上。最后,确认了KIAA1324、ripply1、twist2、isthmin1、nme4、zgc174153、rrbp1b等7个基因在胚盾特异表达。结论系统鉴定到了斑马鱼胚胎胚盾特异表达基因,为下一步研究这些基因的发育生物学功能奠定了基础。     

RNA原位杂交实用技术

利用互补RNA为探针进行原位杂交是分析组织或细胞内RNA分布的行之有效的方法,通过对mRNA分布的研究可以了解特定基因的表达情况。原位杂交技术过程较长,操作繁琐,从而在一些实验中不能得到很好的使用,为此本文根据我们过去的实际操作经验对该技术中的一些使用技巧作简要的介绍。     

RNA原位杂交实用技术

利用互补RNA为探针进行原位杂交是分析组织或细胞内RNA分布的行之有效的方法 ,通过对mRNA分布的研究可以了解特定基因的表达情况。原位杂交技术过程较长 ,操作繁琐 ,从而在一些实验中不能得到很好的使用 ,为此本文根据我们过去的实际操作经验对该技术中的一些使用技巧作简要的介绍。     

斑马鱼整体原位杂交的技术改良

斑马鱼整体原位杂交技术广泛应用于基因表达谱、基因间相互关系和突变体筛选等方面,是研究斑马鱼发育相关基因功能的重要技术。本文从杂交探针的制备、浓度的选择和洗脱以及胚胎的脱色、蛋白酶K消化、底物显色等方面进行了摸索、改进及简化,获得了背景低、着色清晰、特异性高的实验结果,预示了简单实用、成本低廉的斑马鱼整胚原位杂交技术平台的成功建立。     

ripply1在斑马鱼早期胚胎背腹发育中的作用

目的探究ripply1基因在斑马鱼早期背腹轴发生过程中的作用。方法利用斑马鱼整封原位杂交技术揭示ripply1基因在斑马鱼早期胚胎发育过程中的表达模式,通过显微注射技术在胚胎1细胞期注射ripply1的mRNA来高表达Ripply1蛋白并在后期观察胚胎背腹标记基因的变化及胚胎形态变化。利用Tol2转基因技术构建ripply1启动子驱动的GFP转基因鱼。结果原位杂交结果显示ripply1基因在斑马鱼原肠早期胚盾期特异表达在胚盾处,即预定的背部。高表达ripply1后,在胚盾期背部标记基因表达范围扩大,腹部标记基因表达减弱,受精后24小时胚胎表现出严重的背部化表型:头部增大,腹部卵黄延伸减弱,尾部躯干及尾部区域减少,有的甚至形成了第二个体轴。得到的转基因鱼揭示ripply1母源表达,并且转录起始位点上游1200个碱基驱动的GFP能模拟内源基因的表达图式。结论 ripply1可能参与斑马鱼胚胎早期背腹轴的发生。     

心脏特异表达绿色荧光斑马鱼模型的建立与评估

本课题组前期研究中, 利用斑马鱼cmlc2 (Cardiac myosin light chain 2)基因启动子构建了一个用于斑马鱼心脏组织特异表达外源基因的转基因表达载体pTol2-cmlc2-IRES-EGFP。文章利用该载体构建了一个稳定表达EGFP的转基因斑马鱼品系, 并初步分析了EGFP的表达对该转基因斑马鱼品系的心脏发育和功能的影响。结果表明, 在建立的转基因斑马鱼品系早期胚胎发育过程中, 绿色荧光信号在心脏中特异表达, 该表达模式与原位杂交分析的cmlc2的表达模式结果相同; 该转基因斑马鱼品系的心脏形态及发育生长正常; 进一步通过M-Mode分析心脏生理学功能的结果表明：该转基因品系心动周期、心率、收缩与舒张表面积及表面积缩短率等重要生理指标与正常野生型的斑马鱼对照组相比没有显著差别。以上结果表明该转基因品系中绿色荧光蛋白的表达对斑马鱼心脏的发育和功能没有影响。研究结果为进一步利用该载体建立外源目的基因转基因表达模型, 研究心脏表达基因的功能奠定了重要基础。     

人类新基因ACBP5cDNA的克隆及其同源物在小鼠/鸡胚发育过程中的表达

利用电子克隆的方法寻找具有重要结构域的人类新基因ACBP5 ,根据得到的序列信息用RT PCR的方法获得全长基因 .通过生物信息学方法预测其结构 ,采用整体原位杂交和组织RT PCR的实验方法 ,在小鼠和鸡胚胎实验模型中研究该基因在发育过程中的表达情况 ,并对其功能进行初步的预测 ,获得一个含有乙酰辅酶A结合蛋白 (acyl CoAbindingprotein ,ACBP)结构域的人类新基因ACBP5 .ACBP5基因的cDNA长度为 10 83bp ,生物信息学方法预测其定位在人第 1号染色体上 ,包含 7个外显子 ,6个内含子 ,包含一个 35 4bp的完整阅读框架 ,编码一个 118个氨基酸残基的蛋白 .在以小鼠胚胎和鸡胚为模型的整体原位杂交中 ,以ACBP5基因全长编码区为探针的结果均显示该基因在胚胎头部特异表达 ,并且主要集中在中脑与间脑之间的峡部 .成体小鼠的组织RT PCR的结果显示 ,ACBP5的同源基因在各组织中均有表达 .这提示ACBP5基因在不同物种中的表达可能比较保守 ,并与头部发育有密切关系 ,同时也对维持细胞的正常功能起到重要的作用 .     

Smad2/3a对斑马鱼神经嵴细胞标记基因crestin表达的影响

目的 探讨Smad2/3a对脊椎动物神经嵴细胞发育的影响。方法 通过在斑马鱼胚胎单细胞时期显微注射smad2/3吗啉环修饰的反义寡核苷酸的方法,特异性敲降smad2/3基因的表达,至胚胎发育至6体节,利用整胚原位杂交检测神经嵴细胞特异性标记基因snail1b,sox10,foxd3和crestin的表达情况;通过casmad2 mRNA和smad3a mRNA显微注射的方法过表达smad2和smad3a,同样利用整胚原位杂交检测神经嵴细胞特异性标记基因crestin的表达情况;通过过表达casmad2及smad3a对下调smad2和smad3a的胚胎进行挽救。结果 smad2/3a被敲低后,crestin的表达量显著降低,而snail1b,sox10和foxd3的表达量无明显变化。smad3b被敲低后,crestin,snail1b,sox10和foxd3的表达量均无明显变化;过表达casmad2和smad3a均可导致crestin的表达量增高;过表达casmad2和smad3a可挽救由于smad2/3a敲降所造成crestin的低表达量。结论 Smad2和Smad3a对神经嵴细胞标记基因crestin的表达具有重要作用。     

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。     

鸟类性别决定候选基因在性反转鸡胚中的表达

DMRT1、PKCIW和FET1是鸟类性别决定过程中重要的候选基因。以芳香化酶抑制剂处理的鸡胚为实验材料, 对这3个基因的表达变化进行了研究。结果表明, 在整个性别决定关键时期(E4.5 ~ E10.5), DMRT1在雄性的表达量显著高于雌性, 并且在ZW性反转鸡胚中表达大幅上升, 表明DMRT1的上调表达是与睾丸形成相关的。PKCIW基因在雌性特异表达并在性反转鸡胚表达上升, 这可能与其特殊作用模式有关, 即使性反转鸡胚PKCIW代偿性的表达升高, 却也未能阻止睾丸的形成。此外, FET1为雌性特异表达, 但在性反转鸡胚中表达无变化。综上, 实验结果支持了DMRT1是鸟类睾丸发育决定因子的假说。     

Sphingosine 1-phosphate in amniotic fluid modulates cyclooxygenase-2 expression in human amnion-derived WISH cells

The metabolism of arachidonic acid, in particular the generation of prostaglandins (PGs), has been proposed to play a key role in the regulation of labor. Moreover, several extracellular proteins have been reported to modulate PG synthesis in amnion cells. In this study, we found that lipid components dissolved in the amniotic fluid modulate PG synthesis in WISH human amnion cells and identified one of these components as a sphingosine 1-phosphate (S1P). WISH cells express several S1P receptors including S1P1, S1P2, and S1P3. When WISH cells were stimulated with S1P, PGE2 synthesis increased in a concentration-dependent manner, showing maximal activity at around 100 nM. S1P treatment also caused the up-regulation of cyclooxygenase-2 (COX-2) mRNA and protein, which was apparent within 3-12 h of stimulation. In terms of the intracellular signaling pathway of S1P-induced WISH cell activation, we found that S1P stimulated two kinds of MAPK, ERK, and p38 kinase. We examined the roles of these two MAPKs in S1P-induced COX-2 expression. S1P-induced COX-2 expression was blocked completely by PD-98059 but not by SB-203580, suggesting that ERK has a critical role in the process. Transfection of S1P1 or S1P3 but not of S1P2 antisense oligonucleotide inhibited S1P-induced COX-2 expression and PGE2 production in WISH cells, indicating the involvements of S1P1 and S1P3 in the processes. This study demonstrates the physiological role of S1P in amniotic fluid and its effect on the modulation of COX-2 expression and PGs synthesis in WISH cells.     

Induction and regulation of the 26-kDa protein in the absence of synthesis of beta-interferon mRNA in human cells

The expression of the gene coding for the 26-kDa protein coinduced with human beta-interferon (HuIFN-beta) in human fibroblasts has been measured by cytoplasmic dot hybridization in WISH cells. The production of the 26-kDa-protein mRNA is not induced by poly(I).poly(C) but maximally induced by cycloheximide alone. In contrast, HuIFN-beta is induced by poly(I).poly(C) and not by cycloheximide. WISH cells showed in addition a low constitutive level of 26-kDa-protein mRNA prior to induction. These results were confirmed by sizing the RNAs by Northern blot analysis. Pretreatment with partially purified or pure IFN-beta has only a slight effect on 26-kDa protein mRNA production. We have also determined the kinetics of induction and the amount of inducer required for an optimal induction of the 26-kDa-protein mRNA in WISH cells. This mRNA was thus maximally induced in WISH cells in the absence of detectable IFN-beta; it represents about 0.05% of poly(A)-rich mRNA in cycloheximide-induced WISH cells. We had already found that the 26-kDa-protein does not share the general characteristics of interferons. These results suggest that HuIFN-beta and the 26-kDa-protein genes are differently regulated.     

p53同系物Djp53在涡虫胚基早期发育阶段的组织特异性表达及其在再生中的作用

为了探索东亚三角涡虫Djp53基因在涡虫组织中的表达和功能,利用整体原位杂交、RT-PCR技术,检测了涡虫Djp53基因在组织中的表达分布特点,结果表明,Djp53基因在再生1、3、5天的胚基中具有较强的阳性信号,且3天的表达量最高;而在再生7、10天和成虫的实质组织中表达较弱．RNA干扰后的RT-PCR检测显示,Djp53表达量显著下降,涡虫不能正常再生或出现眼点缺陷．由此推断,东亚三角涡虫Djp53基因在早期胚基发育阶段,通过调节多功能干细胞的迁移和增殖分化影响早期胚基的形成,是涡虫早期胚基发育必不可少的一个基因,并且在涡虫成体和再生后期对多功能干细胞的维持具有重要的作用.     

2021-01期目录

为研究团头鲂(Megalobrama amblycephala) 5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine, 5mC)羟基化酶TET1(Ten eleven translocation 1)基因的功能及其表达特性, 采用整胚原位杂交、qRT-PCR技术进行了胚胎、组织表达分析及其在急性低氧胁迫下的基因响应研究。序列分析结果表明, 团头鲂TET1基因全长为5526 bp, 编码1841个氨基酸。qRT-PCR结果表明, 团头鲂TET1广泛表达于各个组织中, 并在脑组织中高度表达。在胚胎发育过程中, TET1基因从受精卵开始就有表达, 并在受精后20—44h (20—44 hpf)都维持在一个较高水平。原位杂交结果表明, TET1基因在12 hpf信号相对微弱, 在24和36 hpf信号逐渐增强, 并且都集中在头部表达。通过qRT-PCR检测急性缺氧处理TET1的表达量, 结果表明, TET1基因在鳃和脾等组织中表达显著升高(P<0.01), 在脑、皮肤、眼和肾脏中表达显著降低(P<0.01)。在胚胎中, TET1基因相对表达量明显高于对照组, 尤其在24 hpf低氧处理组的表达量显著地高于对照组(P<0.001)。结果表明TET1基因在低氧应答反应中发挥着重要的作用。该研究结果为TET1基因在低氧响应及功能的保守与分化方面提供了新的视角。     

Ontogeny of aquaporins in human fetal membranes

It has been proposed that four members of the aquaporin family (AQPs 1, 3, 8, and 9) are involved in the control of amniotic fluid (AF) homeostasis, as illustrated by their differential expression patterns in normal and pathological human term fetal membranes. However, there are no data available to date on their ontogeny throughout pregnancy. Our objective was to determine spatiotemporal expression profiles of the mRNA and proteins of all 13 members of this transmembrane channel family. For this purpose, we used healthy fetal membranes from the first, second, and third trimesters of pregnancy. Total mRNA and proteins were extracted from total membranes and from separated amnion and chorion. Quantitative PCR, Western blot, and immunohistochemistry experiments were carried out to determine the presence of AQPs and to quantify their spatiotemporal expression patterns throughout pregnancy. The WISH cell line was tested to propose a cellular model for the role of AQPs in the amnion compartment. AQP11 expression was established in amniotic membranes at term. Aquaporins 1, 3, 8, 9, and 11 mRNA and proteins were present in amnion and chorion throughout human gestation. Each AQP has a time-specific expression pattern, with AQP1 presenting the highest variation in terms of mRNA and protein levels. The WISH cell line also expressed the same five AQPs. Taken together, these results indicate that AQPs are expressed and potentially involved in the regulation of AF homeostasis throughout pregnancy. This also clearly supports the hypothesis that abnormal expression could occur at any time during pregnancy, ultimately leading to obstetrical pathologies such as polyhydramnios or oligohydramnios.