细胞黏附在哺乳动物听觉感受器发育中的作用

摘要

目的：平面细胞极性调节耳蜗发育中蜗管的延伸和毛细胞的有序排列。本实验我们描述了细胞黏附分子与细胞形态和几何形状的变化关系,探讨细胞黏附在哺乳动物听觉感受器发育终末分化过程中平面细胞极性信号途径汇聚伸展过程中的作用。
　　 方法：本实验以对照鼠,P120基因条件性敲除鼠和平面细胞极性蛋白looptail突变鼠为实验对象。应用基底膜铺片和免疫荧光组织化学技术分析小鼠耳蜗发育重要时期,胚胎E14.5天耳蜗听觉感受器上皮细胞形态的改变,以及在E14.5和E18.5天细胞黏附相关蛋白和平面细胞极性蛋白之间的定位分析,选择细胞黏附重要因子P120连环蛋白在内耳特异性条件敲除小鼠为模型,分析p120基因在耳蜗特异性敲除后胚胎E14.5天和E18.5天表型的改变,并分析比较突变小鼠和野生型小鼠耳蜗上皮E-一钙粘蛋白,平面细胞极性相关蛋白Vangl2和Fzd3的表达情况,同时比较平面细胞极性重要基因Vangl2纯合缺失突变型小鼠(Lp/lp)和野生型小鼠耳蜗上皮E-钙粘蛋白,P120连环蛋白和Fzd3表达情况。
　　 结果：①在耳蜗终末分化期,耳蜗蜗管上皮细胞形态从顶周到底周发生有规律的变化,一个重要特点是细胞长轴的方向发生规律变化,在顶周,上皮细胞的长轴方向定位于从中间到外侧这个方向,但是在底周,细胞长轴方向多数转向与从中间到外侧垂直的方向;总得说来,在E14.5天耳蜗底周毛细胞感觉区域明显变窄,这是耳蜗终末分化开始于该区域导致,细胞形态和几何形状变化以及耳蜗管长度和宽度的变化规律均支持了耳蜗Corti器在终末分化过程中发生了汇聚伸展这一重要的生物学事件。②P120连环蛋白与E-钙粘蛋白,平面细胞极性蛋白Vangl2和Fzd3在耳蜗上皮细胞中共表达:③p120基因在耳蜗特异性敲除后表现型的改变,在胚胎E14.5天耳蜗分化初期,主要表现为耳蜗上皮汇聚伸展的异常,露脑畸形,耳蜗蜗管变宽;在胚胎E18.5天分化终期,主要表现为耳蜗上皮汇聚伸展的异常,露脑畸形,耳蜗蜗管变短,基底膜铺片染色显示耳蜗从底周到顶周内、外毛细胞排列紊乱,有多余的内、外毛细胞,但是毛细胞静纤毛束极性排列基本正常:④p120基因在耳蜗特异性敲除后耳蜗上皮E-钙粘蛋白表达基本检测不到,平面细胞极性相关蛋白Vangl2和Fzd3在耳蜗上皮细胞非对称极性分布存在,但是胞膜表达同时也有降低,尤其是Fzd3降低明显;⑤平面细胞极性基因Vangl2纯合缺失突变型小鼠耳蜗上皮平面细胞极性基因Fzd3表达消失,E-钙粘蛋白在某些细胞连接处消失或减少,其表达层次略高于对照组,P120连环蛋白表达稍减少。
　　 结论：①耳蜗上皮终末分化的过程中细胞和细胞的连接及几何形态发生明显的变化,这种变化与汇聚伸展细胞形态的变化是一致的。细胞黏附分子与平面细胞极性蛋白在胞膜共表达,说明细胞黏附分子与PCP蛋白相互有作用。②在P120突变鼠中,E-钙粘蛋白消失和PCP相关膜相关蛋白减少是由于汇聚伸展异常导致。③在PCP突变鼠中,非对称分布的PCP膜相关蛋白的消失,导致了汇聚伸展和静纤毛极性的异常。④总之,平面细胞极性膜相关蛋白,通过非对称性极性分布在细胞膜特定位置,为细胞与细胞黏附提供了方向,导致了细胞汇聚伸展这一重要的生物学事件的发生:相反的,细胞粘着连接的连环蛋白一钙粘蛋白复合体可以招募平面细胞极性蛋白复合体到特定的细胞连接处聚集,并使其稳定在细胞膜上。在平面细胞极性基因纯合缺失突变型中,因为缺少方向性和平面极性重要蛋白导致同时存在严重的耳蜗汇聚伸展和毛细胞静纤毛束极性的异常,而在细胞粘着连接耳蜗特异条件性敲除的小鼠耳蜗中,由于细胞之间连接不稳定导致平面细胞极性相关蛋白虽然存在但是缺乏稳定性,造成膜相关平面细胞极性蛋白复合体策动的汇聚伸展发育异常而毛细胞静纤毛束极性基本正常。