Brwd3对斑马鱼神经系统发育影响的转录组学分析

发布时间：2020-07-27 15:13

【摘要】：神经系统参与动物意识与行为的调控,对个体的心理、生理和行为能力都起着十分重要的作用。神经系统的发育一旦出现障碍往往会引发多种神经类疾病。通过对这类疾病的研究,可以为神经系统发育机制的探究提供线索与指示。既往研究发现BRWD3(bromodomain and WD repeat domain containing 3)基因与神经精神类疾病(如:智力发育障碍(intellectual developmental disorder,IDD)的发生显著相关,但是BRWD3基因是否影响个体神经系统发育,以及其具体的发生机制尚不明确。BRWD3作为转录调控因子,该蛋白质由WD40重复结构域(WD40 repeat,WDR)和bromodomain(Brd)结构域组成,它广泛分布于人体各个器官,而且在脑部具有较高表达。BRWD3蛋白通过介导蛋白质之间相互作用,一方面可转录调节多个目标基因,另一方面还可通过乙酰化用用参与染色质修饰。通过前期的研究和文献追踪,并结合疾病的致病特征,我们推测BRWD3基因可能是通过转录调控下游神经发育相关基因,从而影响机体的神经系统发育发生。本研究旨在探究BRWD3究竟是参与哪些基因的表达调控从而影响神经系统发育,并为基因与疾病之间存在的作用机制提供线索。本研究利用Morpholino的方法,对斑马鱼的brwd3基因进行诱变,然后选择斑马鱼胚胎发育的10-体节期(segmentation 10 somites,10s)时期胚胎做为神经系统发育研究材料,利用转录组测序方法检测并筛选实验组和对照组中受brwd3影响的表达差异基因,并在此基础上,构建出brwd3作用于斑马鱼神经系统发育的调控网络。在传统的转录组分析基础上,本研究对基因组选择、差异表达阈值调整和差异基因筛选等环节进行了调整,并结合现有数据库及数据挖掘手段,推测受brwd3转录调控目标基因,并通过网络构建研究brwd3在斑马鱼神经系统发育过程中的调控作用和调控网络。研究结果:1)通过RNA-Seq分析共得到基因25118个,其中阳性表达基因16879个。其中在斑马鱼胚胎时期脑中表达基因7574个,利用|log2FC|≥1和FDR≤0.05的差异表达基因(DEGs)的原则,筛选出差异表达基因474个,上调基因182个,下调基因292个。2)对上述DEGs进行GO功能富集分析,找出与神经系统发育相关的3个生物学功能条目:“sensory organ development(P=3.27E-03)”、“nervous system development(P=2.65E-06)”、“neuron differentiation(P=2.16E-03)”及其中包含DEGs 65个;随后对结合这些基因在斑马鱼胚胎发育过程中的时空表达分析及KEGG通路富集分析,推测有23个基因可能是受brwd3基因调控的下游基因,而且这些基因与“Wnt signaling pathway,Wnt”信号通路密切相关,此分析结果为后续构建brwd3基因调控网络提供重要依据。3)结合String等数据库信息,我们构建出了brwd3基因影响斑马鱼神经系统发育的基因调控网络。在这个调控网络中,brwd3反向调控fzd8a表达升高从而激活Wnt信号通路后调节下游靶基因,从而影响神经系统发育的调控机制。且我们构建的这个brwd3作用网络也在qPCR随机检测和网络关键结点基因的检测中得到印证(R=0.89,P=3e-06)。随后,我们所构建的BRWD3作用网络在2个细胞系中同样也得到的验证。当利用RNAi干涉技术影响2个细胞系(SH-SY5Y、MCF-7)的BRWD3基因表达后,网络中的4个关键节点基因的表达水平随之发生相应变化,而且这些基因的表达水平变化与本研究所构建的brwd3调控网络相吻合。本研究利用斑马鱼模型探索了brwd3基因影响神经系统发育的分子机制,同时构建出了该基因作用于神经系统发育的作用网络,为BRWD3基因表达变化从而影响神经系统发育的分子机制提供了线索,但是该brwd3-fazd8a-Wnt作用网络中,基因间的相互作用机制还需后续进行深度的研究与挖掘。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R346
【图文】：

6图 1-2 BRWD3 基因在各组织中的分布情况附注：横坐标为组织样本类型，纵坐标为 BRWD3 表达量。1.2.2 BRWD3 的基因转录调控功能对于 BRWD3 基因及其编码产物尚无功能研究报道。BRWD3 中的 WD40 结构域由 40 个氨基酸序列组成，其主要介导蛋白质之间相互作用[15]，具有 WD40 结构域的蛋白参与蛋白质转录或者 RNA 加工、细胞分裂、细胞凋亡以及信号传导等[16]。在现阶段的研究中，已经发现多种由于 WDR 蛋白的获得性缺陷而导致的脑神经性疾病，如，LIS1 基因是第一个被确认与人类疾病发生相关的 WD-repeat 基因，LIS1 基因位点的缺失或突变，都有可能导致先天性无脑回病（Lissencephaly）的发生[17]，有研究就在孤立性脑无回序列（isolated lissencephaly sequence ，ILS）中发现点突变（c.446A>G, p.His148Arg）[18]，最终导致先天性无脑回病的发生，此外，

图 2-1 显微胚胎注射图取加 300 μlβ-巯基乙醇的裂解液后，将胚胎组科技有限公司提供的动物组织总 RNA 提取试作说明，提取胚胎总 RNA。及浓度定量主要包括：在琼脂糖凝胶上对 RNA 进行电260/230 等）检测、利用 Agilent 2100 精确检确定量等。及测序质量评估据不同文库的效浓度及目标下机数据量需求进最终的测序结果的质量进行评估检测（该项工

2 琼脂糖电泳初步检测 RNA 提取：marker、野生型总 RNA、实 6 个样品总 RNA 质量检测结果基因的表达定量容包括：对低质量测序数据浓度(ng/μL)体积(μL)OD260/224 47 1.8226 47 1.7618 47 1.8337 47 1.8332 47 1.7937 47 1.78

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 金士宝;;葡萄酒真伪的鉴别[J];农村青少年科学探究;2017年05期

2 郜毅青;;早期综合干预对早产儿神经系统发育落后的影响观察[J];中外医学研究;2012年18期

3 景乃禾;神经系统发育过程的分子生物学研究[J];生命的化学(中国生物化学会通讯);1995年04期

4 邹建云;万选才;;神经系统发育过程中的细胞自发死亡[J];神经解剖学杂志;1987年02期

5 杜永芳;;小儿碘缺乏障碍[J];中国初级卫生保健;1987年02期

6 夏玉芳;顿浩;;极低出生体质量儿神经系统发育与早期营养的关系[J];蚌埠医学院学报;2018年02期

7 陈静;杨丽娟;;抚触对新生儿神经系统发育的影响[J];中国实用神经疾病杂志;2006年01期

8 姚燕滨;;孩子夜里尿床如何处理才好[J];启蒙(0-3岁);2014年11期

9 杨辉;刘柏炎;蔡光先;;BMP4对神经系统发育和分化影响研究进展[J];医学研究杂志;2006年11期

10 倪锦;江艳芳;古妙宁;;叶酸和同型半胱氨酸在神经系统发育中的作用研究进展[J];中国儿童保健杂志;2010年11期

相关会议论文 前10条

1 赵恩禄;赵彬;陈俊芝;李瑞鸿;;胎婴智力启迪器对胎儿神经系统发育影响的研究[A];’96全国优生科学大会大会学术讲演与大会论文摘要汇编[C];1996年

2 杨巧艳;于娟;张娟;李建婷;杨曦;韩煜琪;解军;;TTF-1/Nkx2-1与神经系统发育[A];第六届泛环渤海生物化学与分子生物学会学术交流会论文集[C];2016年

3 季一飞;陈米娜;杜晓霞;夏孝强;肖波;;研究Chin1在神经系统发育及细胞凋亡过程中的作用[A];Proceedings of the 7th Biennial Meeting and the 5th Congress of the Chinese Society for Neuroscience[C];2007年

4 陈昌杰;何蕴韶;;NT-3基因克隆,表达及生物活性的初步鉴定[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（下册）[C];1999年

5 高方;邹海;郑敏化;胡抑扬;李三中;韩骅;;RBP-J剔除小鼠的神经系统发育变化[A];第二届模式生物与人类健康研讨会会议论文集[C];2012年

6 俞t$;周一敏;王正平;;胎儿单纯性轻度侧脑室扩张症与其神经系统发育情况的关系[A];2006年浙江省超声医学学术年会论文汇编[C];2006年

7 费俭;;GABA转运蛋白1转录调控的研究[A];中国遗传学会模式生物与人类健康研讨会会议论文集[C];2010年

8 刘绪明;;磁共振波谱在早产儿神经系统发育落后早期预测的价值[A];2016年浙江省医学会放射与影像技术学术年会论文汇编[C];2016年

9 贺文芳;胡治平;;Smad2与SPCA1在OGD/R中的作用及机制研究[A];中国康复医学会脑血管病专业委员会换届暨第十五次全国脑血管病康复学术年会、湖南省康复医学会神经康复专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年

10 刘伟;赫荣乔;;神经信息学之侧面观:神经系统发育的机理[A];首届中国神经信息学讨论会摘要[C];2000年

相关重要报纸文章 前10条

1 北京协和医院主治医师 彭澎;孕期营养素补充常见问题(上)[N];家庭医生报;2017年

2 广东省妇幼保健院 副主任医师 柯海劲;宝宝神经系统发育需要刺激(上)[N];家庭医生报;2016年

3 本报记者 陶慧 通讯员 林惠芳;宝宝神经系统发育需要多刺激[N];广东科技报;2015年

4 洪;ataxin－1影响神经系统发育[N];健康报;2005年

5 田香;婴幼儿夜睡易醒为哪桩[N];保健时报;2004年

6 玉华;小儿睡不够 发育会落后[N];卫生与生活报;2008年

7 陈玉;小儿高烧家庭应急防护[N];农村医药报（汉）;2009年

8 韩咏霞;早干预促进早产儿神经系统发育[N];中国中医药报;2006年

9 张锦星;经常盗汗怎么办[N];医药养生保健报;2004年

10 穆亚平 阎红;小儿夜间尿床怎么办[N];健康报;2006年

相关博士学位论文 前2条

1 史玮;DHHC蛋白家族成员（ZDHHC16、ZDHHC17）在神经系统发育过程中的作用及其机制研究[D];山东大学;2015年

2 焦慧凤;TMEM108和ErbB4在突触发育和突触传递中的作用[D];南昌大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 吴雨霏;Brwd3对斑马鱼神经系统发育影响的转录组学分析[D];西北大学;2019年

2 梁金丽;超声与核磁共振对胎儿神经系统发育异常诊断的比较性研究[D];青岛大学;2014年

3 吴凡;普萘洛尔治疗婴幼儿血管瘤的临床疗效和对神经系统发育影响的评估[D];山东大学;2016年

4 石丰浪;72例早产儿体格生长及神经系统发育随访[D];广西医科大学;2017年

5 唐琼;高危儿早期神经系统发育观察[D];中南大学;2014年

6 蒋青莲;极低出生体重儿生存质量近期随访[D];重庆医科大学;2015年

7 许平;早期干预对脑损伤早产儿神经系统发育的研究[D];安徽医科大学;2013年

8 霍丽伟;基于整合组学分析发现并验证DISC1基因多态性与sALS的易感性[D];南昌大学;2017年

9 许轶靓;关于唐氏综合征细胞粘附分子在小鼠神经系统发育中的作用的研究[D];北京协和医学院;2011年

10 高明;Sox19b基因对斑马鱼胚胎早期神经系统发育的调节及作用机制的研究[D];山东大学;2013年

本文编号：2772009