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我国学者在胚胎体轴发育的机理研究方面取得新进展
日期:2018-11-27 09:18:46稿件来源:国家自然科学基金委员会
      

       在国家自然科学基金项目(项目编号:31422051、81301718)等资助下,中国海洋大学赵呈天教授课题组在纤毛调控胚胎体轴发育方面取得重要进展。研究成果以“Cilia-driven Cerebrospinal Fluid Flow Directs Expression of Urotensin Neuropeptides to Straighten the Vertebrate Body Axis” (纤毛驱使脑脊液流动,增强Urotensin神经肽表达,促进脊椎动物的体轴发育)为题,于2018年11月12日在Nature Genetics(《自然·遗传学》)上发表,论文链接:https://www.nature.com/articles/s41588-018-0260-3。

  纤毛是一种由细胞膜凸起形成的特殊结构,普遍存在于各种动物细胞中,参与调控细胞的多种生理功能。纤毛的功能缺陷与多种人类遗传疾病密切相关,包括多囊肾、视网膜色素变性、骨骼发育异常及生殖缺陷等。目前发现近2%的人类基因缺陷可导致纤毛疾病,因此研究纤毛的发育及功能具有重要的意义。

  赵呈天教授领导的团队主要以研究纤毛的功能及其运动机理,在纤毛内蛋白的运输机理方面做出系列学术成果。该团队首先构建了一个导致运动纤毛缺陷的斑马鱼zmynd10突变体,发现该突变体具有严重的体轴弯曲表型,通过对多个斑马鱼纤毛突变体的对比分析,发现神经底板处的动纤毛缺陷是导致体轴弯曲的主要原因。同时,利用转录组分析,鉴定出两个参与调控体轴发育的关键神经肽分子,Urp1和Urp2,指出该神经肽表达缺失是导致纤毛突变体体轴发育缺陷的直接原因。进一步研究发现,该神经肽主要由受脑脊液调控的神经元(CSF-cNs)所分泌,而脑脊液中的肾上腺素是刺激该神经肽分泌的主要信号。最后鉴定出该神经肽作用的主要受体蛋白Uts2ra,发现该受体蛋白主要在胚胎背部的肌纤维上表达,在神经肽的刺激下引起背部肌纤维的收缩,从而维持体轴的正常发育。研究阐述了一条新型的脑脊液相关信号通路,首次明确解释了纤毛突变引起胚胎体轴发育缺陷的分子机制。

  此外,研究还发现受体蛋白Uts2ra的功能缺陷可导致斑马鱼成鱼发生脊柱弯曲的表型,模拟了青少年特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scoliosis, AIS)疾病的症状。AIS疾病是一种在青少年中多发的脊柱疾病,发病比例高达3-4%,患者往往需要通过长期佩戴支撑装置或者通过脊柱手术治疗来进行矫正。本研究成果从分子水平上解释了脊柱侧凸的潜在发病机理,对AIS疾病的预防和诊断都具有重要参考价值。


图. 斑马鱼uts2ra受体功能缺陷产生类似人类脊柱侧凸的疾病表型,右图为参与该疾病发生的相关信号通路


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