TET1基因敲除造成小鼠脑积水的机制研究

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目的:证实TET1敲除(TET1 KO)小鼠的脑积水表型并探寻其发生脑积水的分子细胞机制。方法:通过核磁共振T2水成像(MRH)和脑组织切片确认TET1 KO小鼠的脑积水表型及发生时间;采用免疫印迹(Western Blot)和免疫组织化学检测TET1 KO小鼠侧脑室室管膜细胞炎症、分化和凋亡情况;结合TET1 KO小鼠侧脑室周围组织DNA特异性5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)化学标记捕获测序和染色质免疫共沉淀测序(ChIP-seq)寻找潜在的分子机制。结果:本实验通过核磁共振T2水成像确认TET1 KO雌雄小鼠存在含水组织面积增加的现象。1日龄、6周龄、8周龄、44周龄的TET1 KO小鼠的MRH均显示出含水组织面积明显增加,表明TET1 KO小鼠在新生期和成年期均表现出脑积水表型。对孕鼠进行剖腹产检查胚胎期的基因敲除小鼠发育状况,发现孕16.5天(E16.5)部分TET1 KO小鼠出现胚胎致死,说明TET1 KO小鼠在胚胎期就出现了发育异常。HE染色显示TET1 KO成年小鼠的侧脑室和第四脑室面积明显扩大,其他脑室改变不明显。为了探寻TET1 KO造成小鼠脑积水表型的机制,利用侧脑室室管膜细胞标记物(S100β+、GFAP-)检测了侧脑室室管膜细胞的数量,免疫组织化学染色显示TET1 KO小鼠的侧脑室室管膜细胞数量减少,这可能是TET1 KO小鼠脑积水产生的原因。为了寻找室管膜细胞减少的原因,本实验通过免疫组织化学染色和Western Blot检测了TET1 KO小鼠的细胞凋亡和细胞分化情况,细胞凋亡相关指标(TUNEL、Cleaved-Caspase 3)的检测表明侧脑室周围组织中细胞凋亡未发生改变;未分化细胞的标志物SOX2和室管膜祖细胞的标志物脑脂质结合蛋白(BLBP)的含量显著上升,说明侧脑室周围组织中细胞分化异常。这些结果提示室管膜细胞的减少可能与室管膜细胞分化异常相关。随后的DNA特异性5hmC化学标记捕获测序和ChIP-seq数据基因富集(GO)分析发现显著差异基因主要涉及神经元分化、成纤维细胞生长因子受体信号通路等细胞分化相关通路,其中FGFR4等差异基因已经有研究证实与脑积水发生相关。实时荧光定量PCR(qPCR)进一步验证发现FGFR4等5个与细胞分化相关的AKT通路基因表达显著下调,并且它们所在染色体区段DNA5hmC水平也显著降低。结论:TET1 KO小鼠存在脑积水表型,室管膜细胞分化异常是其脑积水发生可能的因素。TET1可能通过调节FGFR4等分化相关基因的羟甲基化水平,调节它们的转录表达,进而影响AKT信号通路,调节室管膜祖细胞分化。
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