斑马鱼Ly6家族成员的鉴别及PSCA-like基因功能研究

【摘要】淋巴抗原-6（lymphocyteantigen6，Ly6）家族存在于很多物种中。例如人类中大约有40多个Ly6基因，果蝇中也存在大约30多个。Ly6家族成员最典型的特征就是含有一个或多个空间结构保守的Ly6/uPAR（LU）结构域。LU结构域含有10个或12个位置特异保守的半胱氨酸,这些半胱氨酸可以形成5或6对二硫键。Ly6家族成员可以分为分泌蛋白和依靠GPI锚定在细胞膜上的蛋白。Ly6家族各成员除了保守的半胱氨酸，其余的序列非常不保守，是一个快速进化的基因家族。但是，它们又均具有相似的类似三个手指的空间结构，所以LU结构域也称作三指结构域。Ly6家族成员可以执行多种功能，在不同的生理过程中起作用。例如免疫调节因子CD59、神经受体修饰因子LYNX1以及参与细胞粘附与迁移的调节因子uPAR等。另外，很多Ly6成员与人类的疾病相关，例如突变SLURP1造成人的掌跖角化病MaddeMeleda，PSCA的突变可以诱发胃癌和膀胱癌，遗传缺陷CD59可以造成阵发性睡眠性血红蛋白尿等。在早期发育过程中，果蝇中四个Ly6成员Boudin、Crooked、Coiled和Crimpled表达在胚胎期的外胚层及后期的表皮上，可以调节果蝇的间隙连接。斑马鱼的Lypd6可以激活Wnt信号，是Wnt8介导的中胚层及神经外胚层诱导作用所必需的。尽管研究表明Ly6成员可执行多种不同功能，并与疾病发生密切相关，但是Ly6成员发挥作用的分子机制并不十分清楚，而且由于Ly6家族成员的复杂性，其研究严重匮乏。斑马鱼的基因组测序已经完成，为研究基因功能提供了极大的方便。但是，关于其Ly6家族的研究鲜有报道。我们利用已知的Ly6成员序列在斑马鱼基因组中寻找潜在的Ly6基因，结果发现了斑马鱼基因中至少存在27个Ly6家族成员。生物信息学分析表明斑马鱼的这些Ly6成员都含有Ly6家族典型的特征。氨基端都含有信号肽，并且只有5个是分泌蛋白，其他的都是GPI锚定的蛋白。其中有10个含有2个LU结构域，其他的都只含有1个结构域。它们在染色体上有成簇分布的情况，特别是第17号染色体上成簇分着7个Ly6基因，并且这7个Ly6成员均含有2个LU结构域。胚胎整体原位杂交的结果表明：斑马鱼Ly6基因分别在不同的部位特异的表达，暗示了其功能的多样性。其中斑马鱼Ly6基因XP706427表达在原肠期的下包层，之后在表皮鳃弓和胸鳍上表达；XP002664005和XP002664937两个基因特异表达在侧线神经丘。原位杂交也显示了一个Ly6基因PSCA-like特异表达在视网膜和松果体上。PSCA-like从14体节胚胎期起，在松果体上有表达，在24小时胚胎中开始在背部视网膜表达，而从36小时开始在腹部视网膜有表达，其后按照神经发生模式PSCA-like的表达扩散至整个外部视网膜，从3天感光细胞分化一直到成体阶段，PSCA-like一直在视网膜的感光细胞特异的表达。PSCA-like在松果体上的表达受到调控因子Otx5的调控，生物信息学分析也表明PSCA-like的调控序列上含有多个Otx5的结合位点，暗示了Otx5可能直接调节PSCA-like的表达。PSCA-like的表达受到自身节律的调控，并不受光照的调控。在斑马鱼早期胚胎发育中敲降PSCA-like的表达，可以造成感光细胞发育延迟，具体表现为视蛋白mRNA表达水平下调。利用TALEN构建的斑马鱼PSCA-likeF2代突变体在早期发育并无明显异常，但是到了成体阶段，野生型斑马鱼的感光细胞正常，而突变体斑马鱼的感光细胞排列絮乱，不规则，发生退化。具体表现为双锥细胞排列不规则，感光细胞长度变短，Gnat2蛋白的定位发生错误。随着年龄增长，感光细胞的退化加剧，并且紧密连接结构OLM也发生了错乱。这些表明了PSCA-like对于感光细胞形态的维持至关重要，可能在视网膜疾病中起作用。但其发挥作用的分子机制还需要进一步研究。
【作者】纪东瑞；
【导师】张士璀；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋生物学，2014，博士
【关键词】感光细胞；Ly6；视网膜疾病；斑马鱼；

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