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年3月23日文献导读Dstyk突

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文章来源:NATURECOMMUNICATIONS,()11:文章亮点:利用斑马鱼进行研究,其繁殖功能强,且容易得到先天性脊柱侧弯模型。得到先天性脊柱侧弯模型后,通过简单序列长度多态性(SSLP)及全序列测序等实验,成功筛选出变异基因。通过各种细胞结构的特异性抗体,运用免疫荧光等方法寻找出受到影响的细胞结构,并确定脊索液泡囊形成过程的受影响位置。将脊索液泡囊与溶酶体相联系,解释了其形成障碍的具体细胞机制。文章引言:先天性脊柱侧凸(Congenitalscoliosis,CS)是胚胎期脊柱椎体发育异常导致脊柱生长不对称引起一个或多个节段的侧方弯曲的疾病。目前认为遗传与环境因素均在CS发病中发挥作用,CS发病于胚胎时期体节形成过程中。导致椎体缺陷的遗传因素参与疾病发生,CS是一种多基因遗传疾病。已发现多种分子(如Notch、Wnt、FGF等)的突变可导致CS的发生,但其遗传病因和潜在机制仍不甚明确。文章结果:图1通过ENU诱导突变并繁育斑马鱼,得到变异斑马鱼(smtcq75),从中筛选出符合先天性脊柱侧弯样改变的斑马鱼。筛选出的变异斑马鱼在胚胎阶段体节短,发育过程中及成熟后体长较短、脊柱侧弯样改变明显。

图2通过简单序列长度多态性(SSLP)及全序列测序等实验,确定变异斑马鱼(smtcq75)的突变基因为Dstyk。变异斑马鱼Dstyk基因22号染色体存在基因片段缺失、G-A替换等改变。这种剪接位点突变导致了一种在不同物种间高度保守的结构域中8个氨基酸缺失。

图3免疫组化显示在正常斑马鱼胚胎阶段,DSTYK在头部及脊索中富集。CRISPR/Cas9敲除DSTYK基因,可以得到和变异斑马鱼(smtcq75)相似的畸形鱼。

图4免疫荧光等组织学方法显示,DSTYK变异的斑马鱼在胚胎阶段脊索发育不完全。其脊索细胞排列紊乱,细胞膨胀不全,且脊索中有异位二型胶原存在。

图5免疫荧光等组织学方法显示,DSTYK变异的斑马鱼在胚胎阶段脊索细胞液泡囊(notochordvacuoles)发育不全。在脊索细胞中,高尔基体经晚期内小体(lateendosomal)再成为液泡囊的通路部分阻断。脊索细胞液泡囊发育不全导致sonichedgehog(shh)、calymmin(cmm)、col8a1a、col9a1b、col11a2等脊柱发育所需的信号分子及细胞外基质等物质分泌减弱。

图6通过扫描电镜进一步验证脊索液泡囊发育不全。

图7免疫荧光等组织学方法显示,DSTYK变异的斑马鱼在胚胎阶段,其脊柱分节不完全、椎体矿化减弱、成骨功能降低。

图8通过免疫荧光等方法在细胞水平验证DSTYK与溶酶体标记物LAMP1出现在相同位置,并且当DSTYK被敲减时LAMP1的表达水平也减少,从而证明脊索液泡囊与溶酶体在功能与结构上可能是同一细胞器。

图9DSTYK敲减的细胞,其磷酸化的转录因子TFEB增多,非磷酸化的TFEP减少。非磷酸化的TFEP可迁移至细胞核中促使溶酶体相关基因表达。因此,DSTYK敲减的细胞,非磷酸化的TFEP减少导致溶酶体相关基因表达减弱。而脊索液泡囊与溶酶体在功能与结构上可能是同一细胞器,所以,脊索液泡囊亦形成不全。TFEP的磷酸化受mTORC1调控。

文章结论:本研究发现了DSTYK变异可导致斑马鱼先天性脊柱侧弯样畸形,在胚胎节段表现为脊柱分节不全、椎体矿化减弱及成骨不全。其机制在于:DSTYK变异导致mTORC1功能增强,从而使TFEP的磷酸化增强。非磷酸化的TFEP减少导致TFEP內迁到细胞核减少,进一步导致溶酶体相关基因表达减少,溶酶体发育不全,亦即脊索液泡囊亦形成不全。脊索细胞液泡囊发育不全导致sonichedgehog(shh)、calymmin(cmm)、col8a1a、col9a1b、col11a2等脊柱发育所需的信号分子及细胞外基质等物质分泌减弱。预览时标签不可点

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