Sufu在神经嵴细胞来源的颅骨发育中的功能研究

摘要

颅面畸形占所有人类先天性疾病的3/4，影响了头部、面部和颈部的发育。颅面部的大部分骨骼都来源于颅神经嵴细胞，人类许多神经嵴病的临床症状也多与颅骨的缺陷、畸形相关。研究一些重要神经嵴病的发生机制，解析胚胎发育过程中出现异常的信号通路或关键调控因子，可以为这些疾病的产前诊断和干预等提供重要的靶点和理论依据。以小鼠为模型的遗传学研究揭示了参与颅骨发育的重要信号通路，主要包括Hh，Wnt，BMP，FGF，Notch等。本课题主要以Hh通路抑制因子Sufu基因的条件性敲除小鼠为模型研究其在颅神经嵴细胞来源的颅骨发育中的功能。我们发现用Wnt1-Cre转基因小鼠在神经嵴细胞中条件性敲除Sufu基因会导致所有神经嵴细胞来源的颅骨都未发育，这表明Sufu可能是参与颅骨发育必需的调控因子。利用R26R小鼠表达LacZ基因来标记、追踪神经嵴细胞，发现在突变体中神经嵴细胞可以正常迁移至目的地。骨源性细胞的凋亡未出现明显的增加，但骨源性细胞增殖显著减少，同时成骨细胞分化相关的重要因子Osterix和Runx2的表达基本被完全抑制，表明了Sufu敲除造成的颅骨发育缺陷是由于抑制了骨源性细胞的增殖和分化。为迸一步揭示Sufu敲除造成小鼠颅骨发育缺陷的分子机制，我们利用原位杂交技术检测了Runx2上游转录因子Msx1、 Msx2和Dlx5的表达变化，发现这些基因在突变体中的表达量均明显降低。同时，Hh通路的靶分子的表达显著上调，但FGF，BMP通路分子包括Fgfr2，Bmp2等明显下调，Notch通路分子Jagl显著上调。Western blot分析发现在突变体中抑制形态的Gli3显著下降，而全长Gli2的表达明显上调。通过遗传学实验发现在神经嵴细胞中同时敲除Sufu和Gli2可以挽救单一Sufu突变的表型。以上结果表明，在颅骨发育中Sufu通过抑制全长Gli2蛋白的产生并促进Gli3蛋白的加工来抑制Hh通路活性，进而抑制FGF和BMP通路，促进Notch通路活性。这些与成骨细胞增殖和分化密切相关的信号通路的异常导致成骨细胞分化因子的抑制以及细胞增殖的减少，并最终造成神经嵴细胞来源的颅骨未发育。

目录

声明

致谢

摘要

1 综述

1．1 颅骨的发育

1．2 参与颅骨发育的信号通路

1．3 参与颅骨发育的转录因子

1．4 Sufu与Hh通路的关系及相关研究

2 实验内容与设计

2．1 实验目的与意义

2．2 实验内容

2．3 实验流程图

3 实验材料与方法

3．1 实验动物饲养与基因型鉴定

3．1．1 实验小鼠的来源、构建

3．1．2 基因型鉴定

3．2 实验材料的处理

3．2．1 石蜡切片材料处理

3．2．2 总RNA的提取和cDNA的制备

3．2．3 探针的制备

3．2．4 Western blot样品的蛋白提取

3．3 实验方法

3．3．1 苏木精、伊红染色法(简称H·E染色)

3．3．2 骨骼染色

3．3．3 冰冻切片X-gal染色

3．3．4 石蜡切片原位杂交

3．3．5 von Kossa染色(矿化结节染色法)

3．3．6 Brdu和Tunel染色

3．3．7 免疫荧光

3．3．8 Western Blotting

4 实验结果及分析

4．1 基因型鉴定及表型分析

4．1．1 基因型鉴定

4．1．2 表型分析

4．2 Sufu基因在颅骨发育中的表达模式

4．3 条件性敲除Sufu后神经嵴细胞的迁移和分布情况

4．4 在神经嵴细胞中敲除Sufu基因不会影响细胞凋亡

4．5 在神经嵴细胞中敲除Sufu基因减少了额骨原基的细胞增殖

4．6 Sufu敲除造成额骨原基成骨分化Marker的表达受到明显抑制

4．7 Sufu敲除引起不同信号通路发生变化

4．8 Sufu敲除引起Runx2上游相关骨形成基因表达降低

4．9 Sufu敲除引起Gli存在状态发生变化

4．10 在神经嵴来源的细胞中敲除Sufu引起的额骨形成异常可以被同时敲除口抬所恢复

5 总结与讨论

5．1 实验总结

5．2 讨论

参考文献