gfi1.2基因在斑马鱼内耳发育中的功能研究

发布时间：2019-10-25 11:04

【摘要】：聋病严重影响人类健康。全世界约有2.78亿患者罹患中度以上耳聋,其生活、工作和学习受到严重影响。如何降低聋病的发病率并使之得到及时发现和早期治疗,己成为耳科学基础与临床研究者和全社会的共同责任。在聋病之中,感音神经性耳聋的预防和治疗仍然是聋病基础研究的热点与难点。目前有关听觉相关基因的功能和聋病相关致病分子机制的研究已成为研究的热点和难点之一。基因敲除或敲入动物模型的建立极大地推动了聋病相关基因的功能研究。这些基因在毛细胞结构发育、细胞外基质、离子内环境稳态维持、转录因子调控等各个方面起到重要作用,并在时间和空间上互相协调和配合,共同调控内耳的发育。近年来随着细胞分子生物学技术的不断发展,新的内耳发育相关基因及特定的表型逐渐被发现确定,这极大地提高了我们对听觉分子病理机制的理解。 gfi1编码一种转录抑制因子,主要在神经元和内耳毛细胞、造血系统分化过程中担当重要角色,在不同组织中通过凋亡、增殖机制以决定细胞命运和分化。Gfi1在小鼠中主要表达在内耳毛细胞和神经元中。敲除Gfi1基因的小鼠出现已分化但形态学有明显异常的毛细胞,其相关神经分布也出现异常。因此该基因对内耳感觉毛细胞的分化和存活起到非常重要的作用。但是迄今为止Gfi1基因是否在脊椎动物斑马鱼胚胎内耳发育过程中发挥功能尚不清楚。因此在本研究当中主要采用寡核苷酸Morpholino (MO)抑制gfi1基因和mRNA过表达gfi1基因的方法,以斑马鱼为模式动物,研究gfi1在斑马鱼早期胚胎内耳发育中的功能和机制。斑马鱼中gfi1有两个同源基因分别是gfi1.1和gfi1.2。其中gfi1.2在同源性上更接近于小鼠中Gfi1。对gfi1.1和gfi1.2基因的序列特性和时空表达谱研究后发现,两者都在受精卵时期就开始表达,均为母源基因。原肠胚期时主要在外胚层神经管中表达。19hpf后都出现在内耳椭圆囊和球囊的毛细胞区域和头部神经组织中。不同之处在于gfi1.2在内耳中表达时间较早,出现在14hpf左右听板区感觉上皮的椭圆囊和球囊原基内,预示gfi1.2可能在早期就参予内耳的发育。为了解两个基因之间的关系以及在内耳发育中的作用,我们通过分别或共同抑制gfi1.1和gfi1.2后观察到只有和神经元产生分化成熟相关的标记基因ngn1,neurod,islet1发生了变化。但前基板到听板形成期间以及和毛细胞分化成熟有关的标记基因不受影响。在功能上发现分别或共同抑制gfi1.1和gfi1.2后能引起胚胎发育延迟,毛细胞和神经元数量减少,但并不影响内耳各结构的出现和形成。以上研究说明说明gfi1.1和gfi1.2的缺失能影响毛细胞和神经元的发育。gfi1.1或gfi1.2基因也存在冗余的功能,如果其中单独一个基因被抑制,另一个同源基因会进行功能替代。因gfi1.2可能在内耳发育的早期起作用,因此本研究中进一步探讨了gfi1.2基因在内耳感觉神经细胞形成初期的调控机制。结果显示在11hpf过表达gfi1.2发现标记内耳感觉细胞和神经细胞的原神经基因ngn1和atoh16表达明显上调,而且过表达gfi1.2能够大部分挽救注射MO对ngn1和atoh1b造成的表达变化。说明gfi1.2对原神经基因ngn1和atoh1b的影响是特异的。为进一步探寻gfi1.2调控ngn1机制,在观察到gfiJ1.2是id2a的上游基因之后,过表达id2a发现可以使ngn1表达降低,同时过表达gfi1.2和id2a可以挽救id2a对ngn1的影响。这些结果说明gfi1.2早期可能通过抑制id2a促进了ngn1的表达。综上所述,gfi1.2在斑马鱼内耳中的作用机制可能是通过调控早期的原神经基因,促进早期感音神经前体细胞进一步分化为不同的细胞类型,从而最终影响内耳毛细胞和神经元的数量。本实验首次探讨了gfi1.2基因在斑马鱼内耳当中的作用,并为将来研究gfi1.2在感音神经前体细胞即干细胞中的作用提供了一定的方向奠定了一定的基础。
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：R764

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