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Nrf2在热带爪蟾早期胚胎发育中的表达模式与功能的初步研究

发布时间:2020-07-05 11:01
【摘要】:Nrf2(Nuclear factor erythroid 2-related factor 2)属于CNC(Cap’-N’-Collar)转录因子家族成员蛋白,与特异性顺式作用元件ARE(antioxidant response element)结合,并启动下游基因转录。研究表明,约有600多个基因受Nrf2转录调控,其中包含大量的抗氧化酶,II相解毒酶和热休克蛋白等基因。因此,Nrf2是氧化应激调节因子,在氧化应激,细胞保护和抗衰老中发挥着重要作用。然而,最近的研究却发现,过度活化Nrf2会造成小鼠出生后致死,干细胞过度分化而衰竭,肾脏发育不良等负面影响。提示Nrf2不仅参与调控细胞保护基因维持机体内稳态,还参与细胞命运决定,影响生长与发育。但是,到目前为止关于Nrf2在早期胚胎发育中的角色及其作用机制还十分的不清晰。我们以热带爪蟾为模式生物,首先利用qPCR和整体胚胎原位杂交技术(WISH)揭示Nrf2在热带爪蟾胚胎发育过程中的时空表达模式;再通过显微注射Nrf2 mRNA,观察过表达Nrf2对细胞行为,器官原基决定和整体胚胎发育的影响;最后借助RNA-Seq和生物信息学分析,从转录组水平探讨Nrf2调控胚胎发育的分子网络关系。结果显示,Nrf2表达贯穿于热带爪蟾早期胚胎整个发育史:在卵裂期、桑葚期以及囊胚期主要表达于动物极,原肠胚期微弱地表达于胚孔周围;神经胚期表达于脊索部位;在尾牙后期则大量表达于头部、脊柱等重要中枢神经系统区域。有趣是,Nrf2在原肠胚期的表达却骤然降到最低。随后,我们对早期胚胎抗氧化指标进行测定,发现在原肠期时处于最敏感状态。那么,Nrf2究竟在此时期扮演什么角色?通过显微注射过量表达Nrf2,结果发现,胚胎发育异常并出现特异表型。主要表现为:原肠期胚孔闭合异常、神经期胚神经管无法闭合、尾牙期的脊柱弯曲、蝌蚪期出现小眼、晶状体浑浊以及泄殖腔变宽等。随后,对原肠胚和神经胚的转录组研究发现:过表达Nrf2后,原肠胚期参与胚层分化、体轴建立和官原基形成的相关基因显著下调;而神经胚期,过表达Nrf2则显著抑制了神经管、神经脊发育的相关基因并纤毛和细胞运动等相关基因。进一步的KEGG信号通路分析,Nrf2影响了许多信号通路的改变:主要包含细胞粘附、氧化磷酸化,Ca~(2+)、Wnt以及Hedgehog等信号通路。因此,胚胎过表达Nrf2后,造成的发育异常可能是由于下调了这些发育相关的信号通路所导致的结果。综上所述,本研究发现Nrf2是一个母源基因,表达贯穿于整个胚胎发育史,参与神经系统发育。其在胚胎早期胚层分化和细胞命运决定过程中发挥关键作用。本研究通过对Nrf2在胚胎发育中表达模式与功能的初步探讨,我们的研究结果为更好的理解氧化还原信号在胚胎发育过程中的作用机制提供新的视角。
【学位授予单位】:温州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:Q344
【图文】:

序列,基本结构


图 1-1 Nrf2 和 keap1 的基本结构组成[15]Figure1-1 Basic structure of Nrf2 and keap11.1.2 氧化应激与 Nrf2/ARE 信号通路在生理状态下,Nrf2 处于一种非游离且不断降解的状态定位在细胞在细胞质中,Keap1 与泛素连接酶 Cul3-Rbx1 相连,进而与 Nrf2 形成二Nrf2 发生泛素化修饰随后被降解而失活,导致 Nrf2 无法进入细胞核内启靶基因进行转录[15, 16]。当细胞受到外界刺激(如活性氧 ROS 以及环境毒物)等氧化应激时,在的稳态被破坏,Nrf2 就会被激活,使得其与 Keapl 形成的异源二聚体发Keap1 与 Nrf2 的二聚体被破坏,Nrf2 锚定松动然后转位进入细胞核,招转录因子 c-jun 以及小 Maf 等形成复合体,在各个功能区的密切配合下与结合,启动含有 ARE 序列的下游基因转录。ARE 是一个特异的 DNA-启合序列(5′-TGACNNNGC-3′),通常位于 II 相解毒酶和抗氧化酶基因的这一序列能被多种氧化性和亲电性化合物激活[17]。目前有两种促进Nrf2与解离的途径:1. Keap1 的构象变化,受到活性氧直接侵袭,对 Keap1 的

示意图,信号通路,应激,稳态


图 1-2 在稳态和应激条件下 Nrf2 /ARE 信号通路的示意图[2]Figure1-2 Schematic overview of the Nrf2/ARE signaling pathway in homeostatic and streconditions.注释:ARE, 抗氧化反应元素; CuI3,Cullin-3; Maf, 肌腱纤维瘤蛋白; RNS,活性氮; ROS 活性氧; Ub,泛素化。Abbreviations: ARE, antioxidant response element; CuI3, Cullin-3; Maf, musculoaponeurotic fibrosarcomRNS, reactive nitrogen species; ROS, reactive oxygen species; Ub, ubiquitination.1.1.3 氧化应激与胚胎发育胚胎发育是一个复杂而精心设计的过程,需要精确的时空调节。这个对胚胎的挑战不仅在于控制这个过程,而在于保护它不受内部或外部压力的干扰[19]。同时,胚胎发生具有明确的发育阶段,器官发生期是细胞发育的关键时期;在这一时期细胞在结构和生化功能上趋于终末分化[20],时空信号的保证是正常器官发生的前提。相反,关键信号事件的中断可能导致结构异常、细胞功能丧失。当然,脊椎动物胚胎已经进化到对每一个生命进程的通过,都有固有的体系来应对变化莫测的环境。大量实验研究表明,胚胎对外源性毒物在发育的“关键窗口”表现出最敏感的阶段,如胚胎在器官发生过程中对毒性高度敏感,氧化还原状态在这一时期也更容易发生失调[20-22]。这可能是由于发育过程的复杂性,机

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 王宁;马慧萍;漆欣筑;蒙萍;贾正平;;Nrf2-ARE信号通路在机体氧化应激损伤防护中的研究进展[J];解放军医药杂志;2015年12期

2 郭炳冉;;发育生物学模式生物[J];生物学教学;2008年09期

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1 高丽;Ascl1在非洲爪蛙胚胎早期发育中的功能研究[D];清华大学;2016年

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1 李政;热带爪蟾Dmrt5下游靶基因的全基因组水平分析及其在嗅觉神经形成中的功能研究[D];浙江大学;2012年

2 陆怡;热带爪蟾Dmrt5在早期胚胎发育中的功能研究[D];浙江大学;2010年

3 张凌波;grb10在爪蟾早期胚胎发育中的功能研究[D];清华大学;2008年

4 唐桂娥;体内和体外不同发育阶段小鼠胚胎内部活性氧(ROS)的测定[D];延边大学;2006年



本文编号:2742515

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