母源Vsx1对斑马鱼索前中内胚层和前脑形成的调控

【摘要】脑是脊椎动物体内结构和功能最复杂的器官,它的发育涉及了一系列错综复杂的分子、细胞和形态发生程序和调控机制,揭示脊椎动物脑结构按照特定的时空模式形成的调控机制是神经发育生物学最具挑战的任务。所有脊椎动物脑的结构进化上是保守的,中枢神经系统的早期发育过程也是相似的。已有的研究表明,脊椎动物的前脑结构来源于前端神经外胚层细胞。位于胚胎内部的索前中内胚层(prechordalmesendoderm,PME)在前脑的特化和发育过程中起关键的诱导作用。特定形状和大小PME的形成,PME在胚胎上的定位而建立与外胚层正确的空间关系,对正常前脑图式的形成和发育,以及中枢神经系统前后模式的建立都至关重要。但是,目前关于调控PME正确形成和空间定位的分子机制还很不清楚。最近的实验工作发现在母源转录因子Vsx1功能被抑制的斑马鱼胚胎中,其脊索中胚层区域比对照的野生型胚胎中明显变短,提示母源Vsx1参与了斑马鱼胚胎前后图式形成的调节。为此,我们在斑马鱼中研究了母源Vsx1在调控PME形成和定位以及中枢神经系统发育中的作用；证明了母源Vsx1通过控制在正确的位置形成特定大小和形状的PME而在调控斑马鱼前脑的形成和定位中起关键作用。1.抑制母源Vsx1的功能严重阻碍PME形成和向前迁移,导致斑马鱼胚胎前脑结构的缺陷和空间位置的后移。这一结果说明母源Vsx1在调控胚胎PME和前脑形成和定位中起关键作用。2.在母源Vsx1功能抑制胚胎中,通过注射dkklmRNA弥补因PME缺陷而导致的Wnt拮抗因子分泌不足,能诱导一个相对正常的前脑在靠后端的位置处形成。这一结果提示母源Vsx1不能直接调控前端神经外胚层前体细胞的命运特化,而是通过控制PME的形成和定位来间接调节前脑的形成和定位。3.细胞形态变化的分析证明,Vsx1功能抑制胚胎在60%下包期,靠近上、下胚层边界处中内胚层最前端细胞不能像在野生型胚胎中一样朝动物极定向伸长,由此导致PME细胞不能朝动物极迁移。这些结果证明母源Vsx1通过保护预定PME细胞的定向伸长而调控PME的形成和定位。4.功能缺失与获得实验结合整胚原位杂交和实时定量RT-PCR分析揭示了母源Vsx1是在胚胎发育早期抑制脊索中胚层关键发育调控基因ntl在靠近动物极区域异位表达所必须的抑制因子。5.染色质免疫共沉淀实验结合核心序列突变分析进一步揭示了母源Vsx1通过结合到近端启动子上特定位点而直接抑制ntl的转录。6.在抑制母源Vsx1功能的同时也抑制Ntl的功能,能使大部分胚胎中前脑的发育恢复正常,预定PME细胞的定向伸长、PME的形成和定位也恢复正常。相反,过表达ntlmRNA则造成斑马鱼前端发育缺陷。这些结果表明母源Vsx1功能抑制引起ntl在胚胎发育早期的异位表达,导致了PME和前脑的不正常发育和定位。综上所述,我们的研究揭示了一种在斑马鱼早期胚胎发育过程中由母源转录抑制因子控制正常PME和前脑形成和定位的机制：1)在胚胎发育早期,母源Vsx1通过直接转录抑制,限制ntl在更靠近动物极区域的表达；2)解除这种限制而导致的rnl在更靠近动物极区域的异位表达,将会抑制PME细胞向动物极伸长和定向迁移,从而严重扰乱PME和前脑的形成。这些研究结果深化了人们对前脑发育过程中错综复杂的分子、细胞和形态发生初始调控机制的理解。
【作者】徐晓锋；
【导师】罗琛；
【作者基本信息】浙江大学，发育生物学，2014，博士
【关键词】母源Vsxl；直接转录抑制；索前中内胚层形成与细胞运动；前脑模式形成；Ntl表达调控；

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