铜诱导斑马鱼髓鞘和轴突发育缺陷的分子调控机制
发布时间：2021-11-10 12:51
铜（copper,Cu）是生物体必需的微量元素,直接参与生物体造血发生、神经发育、骨骼形成以及机体免疫等过程。在体内过量会导致鱼类幼鱼运动能力下调,还与多种神经退行性疾病的发生相关,但其调控神经发育的潜在分子机制至今仍鲜有报道。本研究以模式动物斑马鱼（Danio rerio）作为研究对象,通过基因芯片（microarray）技术发现铜胁迫导致幼鱼髓鞘和轴突导向基因表达下调。而髓鞘和轴突是神经元与肌肉等靶器官通讯的基础,且髓鞘和轴突损伤是多种神经退行性疾病的共同病理特征。因此本研究通过转录组分析、整体原位杂交（whole mount in situ hybridization,WISH）以及荧光定量聚合酶链式反应（quantitative real-time Polymerase Chain Reaction,q RT-PCR）技术对铜诱导斑马鱼幼鱼髓鞘和轴突发育缺陷的分子表型进行了详细的鉴定。随后,结合转录组测序和胚胎全基因组甲基化测序结果分析,鉴定了铜诱导髓鞘和轴突发育缺陷的关键调控因子,并利用CRISPR/Cas9敲除技术,Morpholinos（MO）敲降技术以及过表达实验,对上...
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
铜在生物体内的转运（Vonketal2008）
铜诱导斑马鱼中枢神经系统髓鞘和轴突发育缺陷的分子调控机制5经肠道排出体外，导致体内游离的铜离子在脑、肾脏和肝脏等器官中累积，主要损伤脑和肝脏，导致患者出现基底神经节变性、运动障碍、精神障碍和肝硬化（Bandmannetal2015，El-Youssef2003）。在正常人脑中铜含量在13μg/g-60μg/g，而WD患者大脑中高达125μg/g（Faaetal2001）。PD是世界上第二高发的神经退行性疾病，其主要的病理标志是黑质中多巴胺神经元细胞变性死亡以及α-突触核蛋白（alpha-synuclein）的错误折叠，患者表现出行动迟缓、僵硬等严重的运动障碍，病因可能与环境、年龄和遗传等多种因素有关（Jankovic2008，Montesetal2014）。研究表明，长期铜暴露会增加帕金森的患病风险，在铜排放地区，帕金森的发病率更高（Gorelletal1999，Willisetal2010）。此外，PD患者CSF中的游离铜要高于对照组（Palletal1987）。而且铜可以促进多巴胺和儿茶酚胺的氧化造成DNA损伤，与其病理特征密切相关（Spenceretal2011）。图1-2铜转运及其相关疾病（Bandmannetal2015）Fig1-2Coppertransportandcoppertransportdiseases（Bandmannetal2015）
铜诱导斑马鱼中枢神经系统髓鞘和轴突发育缺陷的分子调控机制71.2.3轴突发育神经元在迁移的过程中不断伸出未成熟的神经突起，其中一条迅速生长形成轴突，剩余的突起慢慢生长形成树突，轴突顶端不断地向远端探索推进（CraigandBanker1994，Dottietal1988，TahirovicandBradke2009），与其他神经元以及肌肉等效应器连接（图1-3），最终形成神经元与神经元之间，以及神经元与靶结构之间的精密的神经环路，使各种生物学信号能够快速有效地传递（GuanandRao2003，SongandPoo2001）。图1-3体外培养大鼠海马神经元发育模式图（TahirovicandBradke2009）Fig1-3Developmentofculturedrodentembryonichippocampalneurons（TahirovicandBradke2009）每一个神经元只有一根轴突，其粗细比较均匀，直径在几微米到几十微米不等只在其末端有一个膨大的生长锥，研究表明轴突的直径与动作电位传播的速度有关（GillespieandStein1983）。轴突的长度在不同神经元中差异也比较大，在人坐骨神经中轴突从脊髓到脚趾长达一米多。而轴突在长距离的生长，最终到达靶组织的过程需要外部因子精确的引导，也就是所谓的轴突导向（axonguidance），目前主要包括semaphorins、netrins、ephrins和slits四种因子（GuanandRao2003，PasterkampandKolodkin2013）。在轴突生长时，生长锥率先感知细胞周围的环境，在生长信号和导向信号的驱动下，肌动蛋白推动微管向前方探索，使轴突不断延伸（CondeandCaceres2009，TahirovicandBradke2009）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]长江中下游流域湖泊沉积物中重金属污染现状及环境意义[J]. 陈龙胜,陈世金,许舒雯,蔡群兴,刘晓波. 安徽农业科学. 2013(16)
[2]珠江口滨海湿地沉积物重金属污染现状及潜在生态危害[J]. 马玉,李团结,王迪,彭艳超,蔡钰灿,王爱军. 热带地理. 2011(04)
[3]长江下游不同源沉积物中重金属特征及生态风险[J]. 单丽丽,袁旭音,茅昌平,季峻峰. 环境科学. 2008(09)
[4]黄河兰州段水污染现状分析[J]. 冯书涛,马和梅,俞发荣. 人民黄河. 2005(06)
[5]中国流域水污染分析[J]. 吴舜泽,夏青,刘鸿亮. 环境科学与技术. 2000(02)
本文编号：3487289
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
铜在生物体内的转运（Vonketal2008）
铜诱导斑马鱼中枢神经系统髓鞘和轴突发育缺陷的分子调控机制5经肠道排出体外，导致体内游离的铜离子在脑、肾脏和肝脏等器官中累积，主要损伤脑和肝脏，导致患者出现基底神经节变性、运动障碍、精神障碍和肝硬化（Bandmannetal2015，El-Youssef2003）。在正常人脑中铜含量在13μg/g-60μg/g，而WD患者大脑中高达125μg/g（Faaetal2001）。PD是世界上第二高发的神经退行性疾病，其主要的病理标志是黑质中多巴胺神经元细胞变性死亡以及α-突触核蛋白（alpha-synuclein）的错误折叠，患者表现出行动迟缓、僵硬等严重的运动障碍，病因可能与环境、年龄和遗传等多种因素有关（Jankovic2008，Montesetal2014）。研究表明，长期铜暴露会增加帕金森的患病风险，在铜排放地区，帕金森的发病率更高（Gorelletal1999，Willisetal2010）。此外，PD患者CSF中的游离铜要高于对照组（Palletal1987）。而且铜可以促进多巴胺和儿茶酚胺的氧化造成DNA损伤，与其病理特征密切相关（Spenceretal2011）。图1-2铜转运及其相关疾病（Bandmannetal2015）Fig1-2Coppertransportandcoppertransportdiseases（Bandmannetal2015）
铜诱导斑马鱼中枢神经系统髓鞘和轴突发育缺陷的分子调控机制71.2.3轴突发育神经元在迁移的过程中不断伸出未成熟的神经突起，其中一条迅速生长形成轴突，剩余的突起慢慢生长形成树突，轴突顶端不断地向远端探索推进（CraigandBanker1994，Dottietal1988，TahirovicandBradke2009），与其他神经元以及肌肉等效应器连接（图1-3），最终形成神经元与神经元之间，以及神经元与靶结构之间的精密的神经环路，使各种生物学信号能够快速有效地传递（GuanandRao2003，SongandPoo2001）。图1-3体外培养大鼠海马神经元发育模式图（TahirovicandBradke2009）Fig1-3Developmentofculturedrodentembryonichippocampalneurons（TahirovicandBradke2009）每一个神经元只有一根轴突，其粗细比较均匀，直径在几微米到几十微米不等只在其末端有一个膨大的生长锥，研究表明轴突的直径与动作电位传播的速度有关（GillespieandStein1983）。轴突的长度在不同神经元中差异也比较大，在人坐骨神经中轴突从脊髓到脚趾长达一米多。而轴突在长距离的生长，最终到达靶组织的过程需要外部因子精确的引导，也就是所谓的轴突导向（axonguidance），目前主要包括semaphorins、netrins、ephrins和slits四种因子（GuanandRao2003，PasterkampandKolodkin2013）。在轴突生长时，生长锥率先感知细胞周围的环境，在生长信号和导向信号的驱动下，肌动蛋白推动微管向前方探索，使轴突不断延伸（CondeandCaceres2009，TahirovicandBradke2009）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]长江中下游流域湖泊沉积物中重金属污染现状及环境意义[J]. 陈龙胜,陈世金,许舒雯,蔡群兴,刘晓波. 安徽农业科学. 2013(16)
[2]珠江口滨海湿地沉积物重金属污染现状及潜在生态危害[J]. 马玉,李团结,王迪,彭艳超,蔡钰灿,王爱军. 热带地理. 2011(04)
[3]长江下游不同源沉积物中重金属特征及生态风险[J]. 单丽丽,袁旭音,茅昌平,季峻峰. 环境科学. 2008(09)
[4]黄河兰州段水污染现状分析[J]. 冯书涛,马和梅,俞发荣. 人民黄河. 2005(06)
[5]中国流域水污染分析[J]. 吴舜泽,夏青,刘鸿亮. 环境科学与技术. 2000(02)
本文编号：3487289
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