论文部分内容阅读
FOXC1是叉头框转录因子超家族中的一员,含保守的叉头框结构域。已有研究表明,FOXC1参与多种生物学过程,如眼睛发育、骨骼发育、体节发生、心血管系统发育以及多种肿瘤的发生发展过程。尽管病人携带FOXC1突变会导致先天性心脏疾病,并且小鼠和斑马鱼中FOXC1同源基因的突变也会导致心脏发生缺陷。但是FOXC1在调控心脏发生过程中的分子机制并不清楚。因此,本文的目的是期望利用斑马鱼作为模式动物探究FOXC1在心脏发生过程中的分子调控机制,并发现介导FOXC1影响心脏发生的关键下游基因。通过对斑马鱼foxc1a突变体进行形态学、组织学和分子生物学水平上的表型分析,我们发现与携带FOXC1突变的病人或小鼠相似,突变体斑马鱼胚胎中表现出心脏、血管、血液、眼睛的多重器官发育异常。其中,foxc1a突变的斑马鱼胚胎的心脏形态、结构和功能均受到破坏。进一步研究发现,斑马鱼foxc1a突变体中心脏发生异常起源于较早的心脏前体细胞特化时期。通过转录组深度测序,发现心脏前体细胞特化的关键转录因子nkx2.5在foxc1a突变体中表达显著下降。通过启动子分析和染色质免疫共沉淀实验,我们证实斑马鱼nkx2.5启动子近端有两个非经典的Foxcla结合位点。同时,在斑马鱼胚胎发育的体节期foxc1a与nkx2.5在前部侧板中胚层的区域存在共表达。通过热激活蛋白启动子时间特异性的在foxc1a突变体中过表达nkx2.5,我们发现心室横截面积变小和收缩功能的异常均可被部分拯救。foxc1a与nkx2.5都是脊椎动物进化过程中保守的转录因子。通过在大鼠心肌细胞中的启动子分析实验,我们发现大鼠的Nkx2-5和人的NKX2-5的表达均可被相应物种的FOXC1所调控。由此证明FOXC1对于NKX2-5的调控机制在物种之间是保守的。有趣的是,通过对比野生型人的FOXC1和携带FOXC1突变病人的FOXC1对于人NKX2-5启动子的作用分析,我们发现携带有点突变的人FOXC1确实可以异常调控人NKX2-5启动子活性。除此之外,我们还发现RA信号通路相关基因、WNT信号通路相关基因以及一些微小RNA的表达在foxc1a突变体斑马鱼胚胎中发生改变。由此也说明,foxc1a也有可能通过调控其他信号的稳态进而影响斑马鱼心脏前体细胞的特化。综合来看,我们的研究发现Foxc1是脊椎动物心脏发生过程中关键转录因子Nkx2-5的一个新的直接上游调控因子。Foxc1可以通过直接调控Nkx2-5在侧板中胚层的表达也可能通过调控RA信号、WNT信号或者一些微小RNA的表达影响Nkx2-5的表达从而参与决定脊椎动物心脏发生。我们的研究结果有助于加深对先天性心脏疾病的发生机制以及Foxc1在心脏发生过程中的转录调控网络中作用与机制的理解。