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器官发育的分子基础在于基因表达的有序控制,而由基因编码的蛋白质才是各种生物功能的主要行使者。为深入探索胰腺发育规律,本课题在本实验室已建立不同发育时期大鼠胰腺基因表达谱芯片的基础上,又应用蛋白质二维凝胶电泳技术(tWOodimensionall gelelectroplloresis,2D-E)结合质谱分析对不同发育时期[E15.5(embryonic day 15.5),E18.5,PO(postnatal day 0)和成年(adult)]大鼠胰腺进行了蛋白质组水平的研究。共筛选到15种在胰腺发育过程中呈现差异表达的蛋白质,其中表达差异最显著的是胚胎性肿瘤相关蛋白甲胎蛋白(A1pha-fetoprotein,AFP)。定量分析显示AFP特异高表达于胚胎晚期和新生期大鼠胰腺,而在成年胰腺未见表达,其蛋白表达量变化趋势与不同发育时期大鼠胰腺基因表达谱芯片所显示AFPmRN,A表达量变化趋势一致。2D-E图谱分析亦提示在胚胎晚期及新生期胰腺中存在多种AFP亚型,其中以大分子量AFP亚型为主。
AFP目前已被认为是调节胚胎发育的内源性物质。在4种分子量不同的AFP亚型中,特异高表达于胚胎肝脏、恶性肿瘤以及肝脏再生过程中的72kDa AFP可能对个体发育具有微调作用(fine-tuning thearchitecturalinterstitial growth pattems in developing oranisms),而关于AFP在胰腺发育过程中的表达及功能尚无报道。本课题在蛋白质组水平的研究结果显示:AFP,尤其是大分子量AFP亚型显著高表达于E18.5,而此期正是胰腺结构与功能趋于完善的关键发育时期,提示AFP与胰腺发育具有某种内在联系。大鼠胰腺发育可分为胚胎期器官发生、发育和出生后器官结构重塑、功能完善两大阶段。本课题利用靶序列位于4种AFP亚型共有氨基酸序列的AFP抗体,进一步分析AFP在胚胎和生后不同发育时期(E15.5、E18.5、P0、P7、P14、P21、Adult)大鼠胰腺中的表达。免疫印迹结果显示在不同发育时期大鼠胰腺组织总蛋白中共检测到分子量分别为72 kDa,60 kDa,48 kDa和37 kDa的4种AFP亚型,其中72kDa亚型是E15.5至P21各时期表达丰度最高者,其次是60kDa亚型。在E15.5胰腺出现有3种大分子AFP亚型,E18.5胰腺4种亚型的丰度各自达到最高,出生后各有降低或消失,成年胰腺中只有60kDa亚型的痕量表达。定量分析显示AFP显著高表达于E18.5大鼠胰腺,出生后逐渐降低,成年只有痕量表达,蛋白表达量变化趋势与2D-E结果基本一致。
胚胎晚期胰腺发育是胰腺问充质细胞与上皮细胞之间相互调节(epithelial-mesenchymal interaction)的过程,胰腺问充质细胞通过释放多种可溶性因子,在间充质.上皮间传递信息调控胰腺上皮各种细胞的分化、增殖及形态发生。不同发育时期大鼠胰腺免疫组织化学检测结果显示可分泌蛋白AFP于E15.5至P21特异定位于胰腺间充质细胞,为AFP参与胰腺发育调控提供了强有力的组织学证据。
不同发育时期大鼠胰腺基因表达谱芯片数据分析显示:AFP表达量的变化趋势与胰腺内外分泌功能细胞标志基因表达量的变化趋势一致,进一步辅证AFP在胰腺发育过程中动态表达的生物学意义可能在于参与胰腺间充质-上皮诱导促进胰腺发育;可介导AFP促细胞增殖效应的胰岛素受体、胰岛素受体底物1以及K-ras的表达变化趋势也与AFP者一致,提示AFP参与胰腺发育的作用途径可能与相应信号系统有关。
基因芯片技术和蛋白质组技术这两大高通量生物技术的应用为本实验室研究胰腺发育的网络调控提供了重要线索和可靠依据。本课题依托这两大技术并通过免疫印迹首次发现 AFP显著高表达于胰腺结构与功能完善的关键发育阶段,72kDaAFP是E15.5至:P21大鼠胰腺发育期所出现的主要AFP亚型。本实验亦首次明确了分泌性蛋白AFP特异表达于对胰腺发育具有重要调控作用的胰腺间充质细胞。这些实验结果辅以不同发育时期大鼠胰腺基因芯片数据分析,提示.AFP可能参与了胰腺发育的间充质-上皮网络调控。