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在早期发育过程中,神经细胞发育受到多种转录因子的调控。在不同种类的神经细胞研究中,虽然已经发现了一系列控制早期神经特化的关键基因,但是神经细胞特化后的增殖,迁移和分化成熟等过程的调控还有很多不清楚的地方。
通过斑马鱼的基因捕获突变筛选,我鉴定到一个在部分神经细胞中表达GFP的突变体(10-f)。该突变体是由To12转座子插入prdm14基因导致的,在prdm14+/-胚胎中,GFP在早期头部的嗅觉神经细胞(OSN),三叉神经细胞(TGN),听觉神经细胞(SAG)以及躯干的感觉神经细胞(RB),躯干网状神经细胞(RSN),中间神经细胞(IN)和后部初级运动神经细胞(CaP)等多类神经细胞中表达。进一步分析发现,在prdm14-/-突变体胚胎中,嗅觉神经细胞和躯干网状神经细胞的数目减少;后部初级运动神经细胞和中间神经细胞的轴突较prdm14+/-明显变短,这些神经细胞轴突的发育异常可能使得轴突在多个位置与靶位点无法形成正常的神经连接,进而导致早期胚胎运动能力下调和协调性异常。在野生型和prdm14+/-胚胎中阻断prdm14mRNA前体剪切可模拟prdm14-/-突变体的表型。而在prdm14-/-突变体中诱导prdm14位置的Tol2转座子跳出,所得回复突变体胚胎的神经细胞发育和运动行为模式与野生型没有差异。这些结果证实prdm14-/-的表型是由于prdm14突变导致其蛋白表达下调造成的。
原位杂交和早期荧光观察的结果提示,Prdm14的下调可能并不影响神经细胞的早期特化。基因芯片表达的分析结果也提示Prdm14可能主要参与神经细胞早期特化后的分化和成熟过程。进一步的分析发现,islet2RNA水平在prdm14-/-突变体的CaP神经细胞中明显下调;抑制islet2表达的prdm14+/-与prdm14-/-有类似的轴突生长表型,islet2RNA注射可部分挽救prdm14-/-突变体的CaP表型;ChIP-PCR实验证明,Prdm14蛋白可以直接与islet2的启动子序列结合。这些结果提示Prdm14在CaP细胞中主要通过islet2发挥作用。此外,Prdm14可以与另外一个参与轴突发育的PR家族蛋白Prdm1a结合,这种结合可能有助于它们在神经细胞发育中协同作用,进而影响轴突的生长和成熟。体外实验的结果表明,在细胞水平上,Prdm14是一个核定位蛋白质,可定位于Hochest/DAPI弱染色的核质或核仁中,这种核定位特性依赖于其锌指结构域。
小鼠Prdm14是原生殖细胞特化必需的主控转录因子,但是与小鼠胚胎不同,斑马鱼Prdm14并不在早期原生殖细胞中表达,而是从10.5dpf胚胎期开始表达在生殖腺中。在一年龄的成鱼中,GFP荧光只出现在精巢中,在卵巢中没有表达。内源prdm14RNA表达与GFP表达结果吻合,提示prdm14可能参与控制雄性精巢中生殖干细胞的增殖或者维持。因此,在斑马鱼和小鼠的生殖细胞发育过程中,Prdm14可能起到类似但不完全相同的功能。
总之,prdm14参与早期的神经细胞分化和成熟,进而控制早期胚胎运动行为。同时,prdm14可能在成鱼雄性生殖干细胞的增殖或者维持过程中起作用。Prdm14的生化特性及调控基因转录的分子机理,还有待更深入的研究。