RNA结合蛋白Zfp36L1在斑马鱼血管发育中的功能及机制研究

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血管是循环系统重要的组成部分,血管网络通过血液循环为机体正常生长提供所需的氧气和营养物质。血管系统的发育根据细胞行为和分子机制的不同被分为两个主要的过程:血管生成和血管新生。血管生成是指原初的血管产生过程,而血管新生是指从已有的血管网络通过出芽的方式形成新血管的过程。新出芽的血管经过进一步的生长,稳定和重塑,称为功能性的血管网络的一部分。许多疾病都与血管发育的异常有关。因而血管发育一直是人类健康与疾病领域关注的热点。目前从血管发育出发的抗血管和促血管的新兴治疗手段在诸如癌症,黄斑退化,以及心血管疾病方面都卓有成效。然而,在血管发育的过程和分子机制方面还有很多未知有待探索。ARE RBPs(AU-rich elements RNA binding proteins)通过在转录后水平调控mRNA稳定性和翻译调控基因的表达模式。已有很多ARERBPs被报道在胚胎发育过程中起重要作用,但ARE RBPs在血管发育中的功能和机制仍然有待深入研究。  目的:拟利用斑马鱼这一研究血管发育的优势模型去揭示ZFP36(zinc finger protein36)家族蛋白在血管发育中的功能,确认其在胚胎血管发育过程中的表达情况,并阐明其调控血管发育的细胞和分子机制。  方法和结果:通过原位杂交对斑马鱼中Zfp36家族的基因mRNA表达谱进行分析,发现Zfp36L1a,Zfp36L1b和Zfp36L2都在血管有显著的富集表达。因而利用反义吗啡啉寡核苷酸分别特异敲低斑马鱼Zfp36L1a,Zfp36L1b,Zfp36L2,然后在不同时间点对敲低胚胎早期血管发育的过程进行了观察。在30小时的观察结果显示Zfp36L1b敲低会导致节间血管发育缺陷,但Zfp36L1a和Zfp36L2敲低不影响早期的胚胎血管发育。原位杂交和免疫荧光结合的表达分析显示,Zfp36L1b在节间血管内皮细胞有特异的表达。节间血管的出芽主要有尖端细胞和柄细胞协同完成,因而进一步观察了尖端细胞和柄细胞的行为。发现Zfp36L1b敲低导致尖端细胞延伸出的伪足变短,并且节间血管内皮细胞的增殖被显著抑制。此外,通过原位杂交检测了血管动静脉标记基因和造血干细胞的表达,均没有发现明显异常。进一步通过原位杂交对相关信号通路的检测发现血管中的Notch信号通路被激活。对于基因序列的分析发现Notch1b为潜在的靶基因,荧光素报告基因实验证明Zfp36L1b通过抑制Notch1b3UTR调控其表达。在体的Notch1b瞬时敲低挽救实验也验证了这一靶向关系。同时,协同性分析结果表明Zfp36L1b与Vegfa协同调控节间血管的生长。通过CRISPR Cas9构建了Zfp36L1a,Zfp36L1b,Zfp36L2的突变鱼系以及其他方面共9个基因的敲除鱼系,通过对Zfp36L1b突变体表型的探究发现突变体在Vegfa敲低后引起的表型更为明显,这与寡核苷酸敲低的部分结果相一致;Zfp36L1a突变体呈现纯合致死的表型,提示其在后期幼鱼发育过程中发挥重要作用;ApoEb敲除鱼系呈现明显的头部出血现象。为了便于在不同组织中特异的研究致死或致出血的机制,改造了Cas9敲除系统,利用GFP结合蛋白结合分离式Cas9构建组织特异敲除的新技术。构建了这一技术所需要的融合蛋白的质粒,并在体外和斑马鱼体内初步验证了这一新技术的可行性。  结论:综上,本研究揭示了Zfp36L1b在斑马鱼血管新生过程中的重要功能,阐明了其不仅能通过抑制Notch1表达来维持尖端细胞的命运,而且通过与Vegfa信号协同作用调控血管新生出芽的过程。本研究丰富了Zfp36L1在血管发育中的功能,扩充了血管新生过程的分子机制,为血管新生和相关疾病的研究提供新的理论依据。同时,在解决科学问题的过程中,构建了基于分离式Cas9和GFP结合蛋白的组织特异敲除的新技术,使得借助已有的GFP特异细胞的转基因系的资源可以快速实现组织特异敲除,这一系统的建立和今后的进一步完善,将会极大的方便生命科学领域对基因的复杂调控的研究。
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