斑馬魚是目前生命科學(xué)研究中重要的模式脊椎動物之一。清華大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)系孟安明教授的課題組對特定基因在斑馬魚神經(jīng)干細(xì)胞中的功能進行了深入研究,，發(fā)現(xiàn)sp8基因和sp8-like基因有抑制初級神經(jīng)元形成的作用,，而且兩個基因能夠協(xié)同工作。
Sp8屬于鋅指轉(zhuǎn)錄因子家族成員,，它特異性的表達(dá)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和肢芽,。有文獻報道斑馬魚的Sp8對于次級神經(jīng)元中g(shù)ata-2的不表達(dá)是必需的，暗示了sp8可能參與了次級神經(jīng)元的分化,。
研究中,，課題組通過顯微注射sp8和sp8-like的morpholino和RNA，選擇初級神經(jīng)元的標(biāo)記基因進行原位雜交,，并發(fā)現(xiàn)降低體內(nèi)sp8和sp8-like表達(dá)水平導(dǎo)致標(biāo)記基因表達(dá)升高——這意味著初級神經(jīng)元形成增多,，而過量表達(dá)外源相應(yīng)基因的胚胎結(jié)果相反，則說明sp8和sp8-like基因在體內(nèi)有抑制初級神經(jīng)元形成的作用,，而且這兩個基因的功能是協(xié)同的,。
為了進一步證明上述結(jié)果,，研究組選擇了轉(zhuǎn)基因斑馬魚TG::huC(S)-GFP(M4-GM2)作為研究模型,其中GFP特異表達(dá)在背側(cè)的初級RB神經(jīng)元中,。他們發(fā)現(xiàn)抑制sp8和sp8-like基因表達(dá)能夠協(xié)同促進初級RB神經(jīng)元的形成。
在這些結(jié)果基礎(chǔ)上,，研究人員推測sp8和sp8-like基因在體內(nèi)的作用可能是抑制神經(jīng)干細(xì)胞分化為初級神經(jīng)元,，維持其增殖的特性，并在特定的時期促進其分化為次級神經(jīng)元,。
為了證明以上假設(shè),，他們利用轉(zhuǎn)基因魚TG::GATA2-GFP（其中GFP特異的表達(dá)在次級神經(jīng)元中）發(fā)現(xiàn)減少體內(nèi)的sp8和sp8-like基因的表達(dá)能夠協(xié)同的減少次級神經(jīng)元的形成。利用次級運動神經(jīng)元特異性的抗體,，通過免疫組化實驗,，研究人員重復(fù)了上述結(jié)果。
為了證明sp8和sp8-like基因在體內(nèi)能夠維持神經(jīng)干細(xì)胞的增殖,，研究組通過BrdU的免疫組化,，發(fā)現(xiàn)注射morpholino的胚胎神經(jīng)管中增殖的細(xì)胞數(shù)減少，進一步證明了上述假設(shè),。
孟安明,，項目首席科學(xué)家。現(xiàn)任清華大學(xué)生物系副系主任,，教育部長江學(xué)者特聘教授,，校學(xué)術(shù)委員會委員，兼任中國動物學(xué)會副理事長、中國細(xì)胞生物學(xué)會理事,、Asia-Pacific Developmental Biology Network組委會委員,。2000年獲得國家杰出青年基金、香港求是基金會“杰出青年學(xué)者獎”,、教育部優(yōu)秀青年教師獎,。1990年在英國諾丁漢大學(xué)遺傳系獲得博士學(xué)位；1990－96年在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院先后做博士后和任副教授,。 1996－1998年在美國佐治亞醫(yī)學(xué)院做訪問研究,，在世界上制備了第一例組織特異性表達(dá)GFP的轉(zhuǎn)基因脊椎動物，建立了利用活體胚胎對多組織表達(dá)基因的調(diào)控機制的研究技術(shù),。98年回國到清華大學(xué)任教授,，在國內(nèi)建立了第一個專門以斑馬魚為對象開展脊椎動物胚胎發(fā)育機制前沿研究的實驗室。近幾年來,，克隆了100多個胚胎組織特異性表達(dá)的新基因,，利用DNA芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn)了幾個FGF信號的新的介導(dǎo)因子和抑制因子，還發(fā)現(xiàn)了一種調(diào)控Nodal信號的中胚層誘導(dǎo)作用的新機理,。迄今已在包括Science,、EMBO J.、Dev. Biol.在內(nèi)的國際知名刊物上發(fā)表數(shù)十篇論文,，已被引用近500次,。
孟安明教授的研究領(lǐng)域是發(fā)育生物學(xué)。利用斑馬魚為模式動物,，研究胚胎早期發(fā)育中的中胚層誘導(dǎo)作用,、神經(jīng)誘導(dǎo)作用、背腹分化和前后軸線分化的分子機理,。2004年他所領(lǐng)導(dǎo)的研究組發(fā)現(xiàn)了調(diào)控動物胚胎中胚層形成的一種新機理,，是我國發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域中的一個突破性成果。
孟安明課題組曾通過對斑馬魚Dapper2 (Dpr2)基因的功能研究,，發(fā)現(xiàn)了一種抑制Nodal信號的中胚層誘導(dǎo)活性的新機制,。Dpr2基因在斑馬魚晚囊胚和早期原腸胚的中胚層前體細(xì)胞中特異表達(dá)，其表達(dá)過量或不足均引起嚴(yán)重的胚胎發(fā)育缺陷,。在胚胎中抑制Dpr2的活性后,，兩個Nodal基因Sqt和Cyc的表達(dá)增強，其自身的表達(dá)也增強,，另一些中胚層標(biāo)記基因也增強表達(dá),，中胚層組織增加；而在胚胎中過量表達(dá)Dpr2后,，有關(guān)的中胚層標(biāo)記基因的表達(dá)減弱,，部分中胚層組織發(fā)育不全,；另一方面，抑制Dpr2的表達(dá)可以減弱Lefty1對Nodal信號的抑制作用,，也可以使Nodal信號缺失突變體oep的缺陷表型部分地恢復(fù)正常,。這些結(jié)果表明，Dpr2的正常功能是抑制Nodal信號的活性,。
在體外系統(tǒng)中的實驗表明,，Dpr2的過量表達(dá)同樣可以抑制TGFβ的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。Dpr2蛋白定位在晚期胞吞體中,，它主要與激活并胞吞后的TGFβ受體結(jié)合,，可能促進攜帶了TGFβ受體的晚期胞吞體向溶酶體運動，從而促進這些受體在溶酶體中的降解,。該研究成果加深了對胚胎中胚層組織發(fā)育的調(diào)控機理的了解,，對于研究人類出生缺陷的遺傳機理有借鑒意義。該項研究成果發(fā)表在著名的Science雜志上并被評選為2004年度“中國高等學(xué)校十大科技進展”之一,。
原始出處:
Developmental Cell, Vol 13, 268-282, 07 August 2007
Article
A β-Catenin-Independent Dorsalization Pathway Activated by Axin/JNK Signaling and Antagonized by Aida
Yanning Rui,1,3,4 Zhen Xu,2,3,4 Bo Xiong,2,4 Ying Cao,2,4 Shuyong Lin,1 Min Zhang,2 Siu-Chiu Chan,3 Wen Luo,1 Ying Han,1 Zailian Lu,1 Zhiyun Ye,1 Hai-Meng Zhou,2 Jiahuai Han,1 Anming Meng,2, and Sheng-Cai Lin1,3,
1 Key Laboratory of Ministry of Education for Cell Biology, School of Life Sciences, Xiamen University, Fujian 361005, Xiamen, China
2 Protein Science Laboratory of the Ministry of Education, Department of Biological Sciences and Biotechnology, Tsinghua University, Beijing 100084, China
3 Department of Biochemistry, Hong Kong University of Science and Technology, Clear Water Bay, Kowloon, China
Corresponding author
Sheng-Cai Lin
[email protected]
Corresponding author
Anming Meng
[email protected]
Axin is a scaffold protein that controls multiple important pathways, including the canonical Wnt pathway and JNK signaling. Here we have identified an Axin-interacting protein, Aida, which blocks Axin-mediated JNK activation by disrupting Axin homodimerization. During investigation of in vivo functions of Axin/JNK signaling and aida in development, it was found that Axin, besides ventralizing activity by facilitating β-catenin degradation, possesses a dorsalizing activity that is mediated by Axin-induced JNK activation. This dorsalizing activity is repressed when aida is overexpressed in zebrafish embryos. Whereas Aida-MO injection leads to dorsalized embryos, JNK-MO and MKK4-MO can ventralize embryos. The anti-dorsalization activity of aida is conferred by its ability to block Axin-mediated JNK activity. We further demonstrate that dorsoventral patterning regulated by Axin/JNK signaling is independent of maternal or zygotic Wnt signaling. We have thus identified a dorsalization pathway that is exerted by Axin/JNK signaling and its inhibitor Aida during vertebrate embryogenesis.
