【摘要】：Nrf2(Nuclear factor erythroid 2-related factor 2)屬于CNC(Cap’-N’-Collar)轉(zhuǎn)錄因子家族成員蛋白,與特異性順式作用元件ARE(antioxidant response element)結(jié)合,并啟動(dòng)下游基因轉(zhuǎn)錄。研究表明,約有600多個(gè)基因受Nrf2轉(zhuǎn)錄調(diào)控,其中包含大量的抗氧化酶,II相解毒酶和熱休克蛋白等基因。因此,Nrf2是氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)因子,在氧化應(yīng)激,細(xì)胞保護(hù)和抗衰老中發(fā)揮著重要作用。然而,最近的研究卻發(fā)現(xiàn),過度活化Nrf2會(huì)造成小鼠出生后致死,干細(xì)胞過度分化而衰竭,腎臟發(fā)育不良等負(fù)面影響。提示Nrf2不僅參與調(diào)控細(xì)胞保護(hù)基因維持機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài),還參與細(xì)胞命運(yùn)決定,影響生長(zhǎng)與發(fā)育。但是,到目前為止關(guān)于Nrf2在早期胚胎發(fā)育中的角色及其作用機(jī)制還十分的不清晰。我們以熱帶爪蟾為模式生物,首先利用qPCR和整體胚胎原位雜交技術(shù)(WISH)揭示Nrf2在熱帶爪蟾胚胎發(fā)育過程中的時(shí)空表達(dá)模式;再通過顯微注射Nrf2 mRNA,觀察過表達(dá)Nrf2對(duì)細(xì)胞行為,器官原基決定和整體胚胎發(fā)育的影響;最后借助RNA-Seq和生物信息學(xué)分析,從轉(zhuǎn)錄組水平探討Nrf2調(diào)控胚胎發(fā)育的分子網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。結(jié)果顯示,Nrf2表達(dá)貫穿于熱帶爪蟾早期胚胎整個(gè)發(fā)育史:在卵裂期、桑葚期以及囊胚期主要表達(dá)于動(dòng)物極,原腸胚期微弱地表達(dá)于胚孔周圍;神經(jīng)胚期表達(dá)于脊索部位;在尾牙后期則大量表達(dá)于頭部、脊柱等重要中樞神經(jīng)系統(tǒng)區(qū)域。有趣是,Nrf2在原腸胚期的表達(dá)卻驟然降到最低。隨后,我們對(duì)早期胚胎抗氧化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定,發(fā)現(xiàn)在原腸期時(shí)處于最敏感狀態(tài)。那么,Nrf2究竟在此時(shí)期扮演什么角色?通過顯微注射過量表達(dá)Nrf2,結(jié)果發(fā)現(xiàn),胚胎發(fā)育異常并出現(xiàn)特異表型。主要表現(xiàn)為:原腸期胚孔閉合異常、神經(jīng)期胚神經(jīng)管無法閉合、尾牙期的脊柱彎曲、蝌蚪期出現(xiàn)小眼、晶狀體渾濁以及泄殖腔變寬等。隨后,對(duì)原腸胚和神經(jīng)胚的轉(zhuǎn)錄組研究發(fā)現(xiàn):過表達(dá)Nrf2后,原腸胚期參與胚層分化、體軸建立和官原基形成的相關(guān)基因顯著下調(diào);而神經(jīng)胚期,過表達(dá)Nrf2則顯著抑制了神經(jīng)管、神經(jīng)脊發(fā)育的相關(guān)基因并纖毛和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)等相關(guān)基因。進(jìn)一步的KEGG信號(hào)通路分析,Nrf2影響了許多信號(hào)通路的改變:主要包含細(xì)胞粘附、氧化磷酸化,Ca~(2+)、Wnt以及Hedgehog等信號(hào)通路。因此,胚胎過表達(dá)Nrf2后,造成的發(fā)育異�？赡苁怯捎谙抡{(diào)了這些發(fā)育相關(guān)的信號(hào)通路所導(dǎo)致的結(jié)果。綜上所述,本研究發(fā)現(xiàn)Nrf2是一個(gè)母源基因,表達(dá)貫穿于整個(gè)胚胎發(fā)育史,參與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育。其在胚胎早期胚層分化和細(xì)胞命運(yùn)決定過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。本研究通過對(duì)Nrf2在胚胎發(fā)育中表達(dá)模式與功能的初步探討,我們的研究結(jié)果為更好的理解氧化還原信號(hào)在胚胎發(fā)育過程中的作用機(jī)制提供新的視角。
【學(xué)位授予單位】：溫州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：Q344
【圖文】：

圖 1-1 Nrf2 和 keap1 的基本結(jié)構(gòu)組成[15]Figure1-1 Basic structure of Nrf2 and keap11.1.2 氧化應(yīng)激與 Nrf2/ARE 信號(hào)通路在生理狀態(tài)下，Nrf2 處于一種非游離且不斷降解的狀態(tài)定位在細(xì)胞在細(xì)胞質(zhì)中，Keap1 與泛素連接酶 Cul3-Rbx1 相連，進(jìn)而與 Nrf2 形成二Nrf2 發(fā)生泛素化修飾隨后被降解而失活，導(dǎo)致 Nrf2 無法進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)啟靶基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄[15, 16]。當(dāng)細(xì)胞受到外界刺激（如活性氧 ROS 以及環(huán)境毒物）等氧化應(yīng)激時(shí)，在的穩(wěn)態(tài)被破壞，Nrf2 就會(huì)被激活，使得其與 Keapl 形成的異源二聚體發(fā)Keap1 與 Nrf2 的二聚體被破壞，Nrf2 錨定松動(dòng)然后轉(zhuǎn)位進(jìn)入細(xì)胞核，招轉(zhuǎn)錄因子 c-jun 以及小 Maf 等形成復(fù)合體，在各個(gè)功能區(qū)的密切配合下與結(jié)合，啟動(dòng)含有 ARE 序列的下游基因轉(zhuǎn)錄。ARE 是一個(gè)特異的 DNA-啟合序列（5′-TGACNNNGC-3′），通常位于 II 相解毒酶和抗氧化酶基因的這一序列能被多種氧化性和親電性化合物激活[17]。目前有兩種促進(jìn)Nrf2與解離的途徑：1. Keap1 的構(gòu)象變化，受到活性氧直接侵襲，對(duì) Keap1 的

圖 1-2 在穩(wěn)態(tài)和應(yīng)激條件下 Nrf2 /ARE 信號(hào)通路的示意圖[2]Figure1-2 Schematic overview of the Nrf2/ARE signaling pathway in homeostatic and streconditions.注釋：ARE, 抗氧化反應(yīng)元素; CuI3，Cullin-3; Maf, 肌腱纖維瘤蛋白; RNS，活性氮; ROS 活性氧; Ub，泛素化。Abbreviations: ARE, antioxidant response element; CuI3, Cullin-3; Maf, musculoaponeurotic fibrosarcomRNS, reactive nitrogen species; ROS, reactive oxygen species; Ub, ubiquitination.1.1.3 氧化應(yīng)激與胚胎發(fā)育胚胎發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜而精心設(shè)計(jì)的過程，需要精確的時(shí)空調(diào)節(jié)。這個(gè)對(duì)胚胎的挑戰(zhàn)不僅在于控制這個(gè)過程，而在于保護(hù)它不受內(nèi)部或外部壓力的干擾[19]。同時(shí)，胚胎發(fā)生具有明確的發(fā)育階段，器官發(fā)生期是細(xì)胞發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期；在這一時(shí)期細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和生化功能上趨于終末分化[20]，時(shí)空信號(hào)的保證是正常器官發(fā)生的前提。相反，關(guān)鍵信號(hào)事件的中斷可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)異常、細(xì)胞功能喪失。當(dāng)然，脊椎動(dòng)物胚胎已經(jīng)進(jìn)化到對(duì)每一個(gè)生命進(jìn)程的通過，都有固有的體系來應(yīng)對(duì)變化莫測(cè)的環(huán)境。大量實(shí)驗(yàn)研究表明，胚胎對(duì)外源性毒物在發(fā)育的“關(guān)鍵窗口”表現(xiàn)出最敏感的階段，如胚胎在器官發(fā)生過程中對(duì)毒性高度敏感，氧化還原狀態(tài)在這一時(shí)期也更容易發(fā)生失調(diào)[20-22]。這可能是由于發(fā)育過程的復(fù)雜性，機(jī)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王寧;馬慧萍;漆欣筑;蒙萍;賈正平;;Nrf2-ARE信號(hào)通路在機(jī)體氧化應(yīng)激損傷防護(hù)中的研究進(jìn)展[J];解放軍醫(yī)藥雜志;2015年12期

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1 李政;熱帶爪蟾Dmrt5下游靶基因的全基因組水平分析及其在嗅覺神經(jīng)形成中的功能研究[D];浙江大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：2742515