青鳉性别差异的脑miRNAs鉴定及相关miRNAs对cyp19a的靶向验证

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yayiyefly
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鱼类是脊椎动物中最低等但分布最广、种类最多的一类生物。在鱼类中,自身遗传和外部环境共同影响性别的分化,内分泌调节也对其发挥重要作用,因此研究影响鱼类性别决定的分子机制更为复杂。尽管性别决定和性别分化过程存在多样性,但在卵巢分化的控制中存在一个保守因素,这就是隐含的雌激素和它们合成所需要的酶,既性腺芳香化酶(cyp19a1a),同时,硬骨鱼脑的特征在于极高的芳香酶活性,它与cyp19a1b的m RNA表达相关。而且硬骨鱼类大脑在一生中都表现出较大程度的性别可塑性,所以,我们推测大脑性别分化与性腺分化之间存在某种联系或相互影响。而miRNAs作为基因表达的转录调控因子,可通过介导m RNA衰变或通过抑制翻译来影响其靶标,因此,大脑性别分化和性腺分化之间可能通过miRNAs与m RNA的靶向关系来进行调节,其中根据cyp19a的特征推测其可能作为重要的靶基因,cyp19a的异常转录影响芳香化酶的活性,从内分泌方面影响性腺的分化。日本青鳉被认为是研究脊椎动物性腺发育较好的模式动物,像哺乳动物一样,青鳉具有XY性染色体,其体积小(2-3厘米)、性成熟周期短(3个月)、性别可塑性强,是第一个被定义性别决定基因dmy的物种。此外,青鳉的其他研究进展为本实验提供了基础,例如建立了性腺差异表达miRNAs数据库,拥有公布的完整基因组,且已经证明dazl、dnd、piwi、vasa对生殖细胞迁移具有重要影响,同时,建立对性腺分化相关基因的多种转基因品系,包括cyp19a转基因鱼,因此青鳉的这些优势常被用于脊椎动物性腺发育的探索。本研究首先依据高通量测序建立成年青鳉雌脑和雄脑差异表达miRNAs数据库,并对筛选出的miRNAs进行靶基因预测和GO功能分析,随后从中挑选出12个miRNAs在1月龄和3月龄雌雄脑中进行q PCR验证。以雌性脑和卵巢中都有表达偏倚的芳香化酶基因cyp19a作为目标基因,使用芳香化酶抑制剂依西美坦体外处理青鳉个体,检测cyp19a及相关miRNAs表达量变化,根据miRNAs对靶基因负调控的学说,选定了在性腺和脑两性表达量都差异较大的miR-181b-5p、miR-375-3p、miR-26和miR-10b-3-3p为目标miRNAs,探究目标miRNAs与cyp19a是否具有靶向调控关系。数据库筛选显示,雌雄脑差异表达显著的miRNAs共56个,q PCR验证说明miRNAs在成体青鳉脑中差异较大,在幼龄青鳉中无明显差异;RT-PCR显示,cyp19a1a在青鳉卵巢中高表达,精巢中微弱表达,而在其他检测组织中无明显信号,cyp19a1b在脑和卵巢中表达量最高,在眼睛、肾脏和精巢中低表达,此结果和序列比对及系统进化树分析相一致,鱼类在长期进化中形成了两种芳香化酶基因,cyp19a1a被称为“卵巢芳香化酶”,cyp19a1b则被称为“脑型芳香化酶”;在胚胎发育阶段,cyp19a1a和cyp19a1b同时在受精后7天和孵化后的小鱼阶段表达,早期发育阶段未发现信号;此外,使用芳香化酶抑制剂依西美坦在100mg/L浓度下处理一月龄雌鱼21天后显示,处理个体从表型雌性变成了表型雄性;HE切片染色后发现,处理后个体性腺结构仍为卵巢结构,但和野生型性腺相比,出现了明显的退化和空洞现象;q PCR检测经芳香化酶抑制剂处理后miRNAs及相关基因表达量的变化,与正常组相比,经检测的miRNAs表达量都有不同程度的增加,而与雌性相关的基因表达量降低,与雄性发育相关基因表达量有所增加;化学原位杂交显示,正常组cyp19a1a主要在早期卵母细胞和晚期卵母细胞膜的颗粒细胞中表达,EM处理后,cyp19a1a主要在早期的卵母细胞检测到信号,cyp19a1b在两组间的区别主要体现在处理组的表达量低于正常组;经过荧光素酶验证发现,miR-375和cyp19a1a和cyp19a1b具有共同的靶向关系,而miR-181b-5p和miR-10b-3-3p、miR-26与cyp19a1a和cyp19a1b均无直接调控作用。本研究结果补充了青鳉成年雌雄脑差异表达的miRNAs数据库,并说明芳香化酶抑制剂依西美坦能有效影响cyp19a及miRNAs的表达,从而对卵巢的维持产生影响,而miR-375对cyp19a1a和cyp19a1b均具有靶向调控作用,此结果为后期研究miRNAs脑和性别分化提供参考。
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