斑马鱼前脑损伤后RGCs增殖分化及其调控机制初步探索

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创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)是因头部遭受撞击,打击,颠簸或头骨贯穿造成的脑功能障碍疾病。据统计,目前世界范围内有超过57,000,000脑损伤患者,TBI的发病率是790人/10万人/年。造成创伤性脑损伤的主要原因有车祸撞击,运动撞击,枪伤,斗殴及高空坠物。脑损伤常常会给患者留下严重程度不一的后遗症,但这些后遗症基本上会对患者的学习,工作,社交造成一定影响,给患者的家庭以及社会带来负担。哺乳动物在受到创伤性脑损伤后,由于成年神经干细胞的增殖十分有限,受损脑组织难以修复,并且容易留下胶质疤痕从而进一步阻碍神经再生。与哺乳动物不同的是,斑马鱼在成年时期的神经发生十分旺盛,在普通生理状态下,斑马鱼大脑内有16个神经发生区域。以往的研究表明,成年斑马鱼在前脑损伤后35天就已经可以得到可观的修复,几乎看不到损伤位点,损伤后360天可见没有留下胶质疤痕的完整前脑。但前脑创伤性脑损伤后不同时程成年斑马鱼如何修复脑损伤有待进一步研究,尤其是斑马鱼神经干细胞放射状胶质细胞(Radial Glial Cells,RGCs)增殖分化的分子调控机制尚不十分清楚。因此,本课题采用斑马鱼作为模式生物,旨在检测创伤性脑损伤后不同时程RGCs的增殖分化,并初步探索其中的分子调控机制。我们运用成年斑马鱼前脑损伤模型探究了损伤后不同时程斑马鱼前脑的细胞增殖分化、新生神经元分布以及损伤修复情况;运用RNA-Seq技术结合生物信息学分析得到候选基因,并运用原位杂交验证候选基因在损伤后的损伤半脑和对照半脑的差异表达;对候选基因进行CRISPR敲除,构建突变体;探究了fezf2在成年斑马鱼脑损伤后修复进程中的作用;应用中药单体秦皮乙素处理前脑损伤的成年斑马鱼,检测秦皮乙素对脑组织修复的影响。根据以上实验我们得到以下结果:(1)成年斑马鱼前脑损伤后,损伤位点随时间推移在逐渐缩小,损伤后28天时斑马鱼前脑病理染色观察不到明显损伤位点;成年斑马鱼脑损伤后3天,损伤侧增殖细胞数量明显上升;损伤后7天,损伤侧VZ区增殖细胞数量显著上升,表明此时损伤侧RGCs开始大量增殖;损伤后7天,损伤侧的VZ区新生神经元明显增多;28dpl时VZ区增殖细胞在两侧没有明显差异且数量降到和1dpl时相似;脑损伤后20天时,Hu+/Ed U+的新生神经元大多数还停留在VZ区,在损伤位点附近只能见到极少数的Hu+/Ed U+细胞。(2)对脑损伤后损伤侧和对照侧的RGCs进行富集并行RNA-Seq测序,生物信息学分析结果表明,与对照侧相比脑损伤侧显著性差异表达的基因281个,其中在损伤侧显著性上调的251个,在损伤侧显著性下调的30个。另外,KEGG富集得到差异表达基因最相关的三个通路分别与吞噬体、蛋白酶体及紧密连接相关。(3)通过比对富集的通路和差异表达基因总表中的基因挑选了7个候选基因,其中紧密连接相关通路:ENSDARG000000875xx、ENSDARG000000985xx、ENSDARG000000427xx;补体家族:ENSDARG000000446xx、ENSDARG000000434xx、ENSDARG000000956xx,以及ENSDARG000000402xx。针对7个基因应用CRISPR技术创建突变体斑马鱼。其中ENSDARG000000434xx和ENSDARG000000985xx由于敲除率太低目前没有得到突变体,另外5个基因ENSDARG000000875xx、ENSDARG000000427xx、ENSDARG000000446xx、ENSDARG000000956xx、ENSDARG000000402xx均已构建突变体,正在筛选纯合突变体。(4)预实验表明fezf2基因可能在脑创伤性损伤后的修复中起重要作用,但需要进一步研究确定。(5)预实验表明秦皮乙素可能对脑创伤性损伤后的修复起一定促进作用,但需要进一步扩大实验样本确定。
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