本文選題：Smad4　切入點：條件性基因敲除　出處：《南京大學》2010年博士論文

【摘要】：先天性心臟缺陷是胚胎致畸的主要原因之一,新生兒中約有1%有先天性心臟缺陷。影響胚胎心臟發(fā)育的因素很多,最近數(shù)年的研究也揭示了一些遺傳方面的潛在原因,但其遺傳機制仍并不十分明了。轉(zhuǎn)化生長因子一β/骨形成蛋白(TGF-β/BMP)家族對胚胎心臟發(fā)育塑型及成體心臟病理改變均有重要作用,作為傳遞該信號通路核內(nèi)信號唯一的Co-Smad,核內(nèi)因子Smad4在此信號通路中具有中心作用。Smad4在成體心臟中敲除會導致心肌肥大及心衰的表型,但胚胎心臟發(fā)育中的作用尚無報道。本研究中我們發(fā)現(xiàn)Smad4在胚胎發(fā)育中期的心臟發(fā)育過程中起重要作用,能夠調(diào)節(jié)BMP信號和一系列對心臟發(fā)育有調(diào)控作用的核心因子。 因為Smad4全身敲除小鼠死于胚胎發(fā)育早期,我們利用Cre-Loxp系統(tǒng),用胚胎心肌細胞特異表達的Cre轉(zhuǎn)基因小鼠介導了Smad4基因在胚胎心肌細胞中的敲除。從胚胎期9.5天(E9.5)開始的Smad4基因敲除導致胚胎死于E12.5～15.5,突變胚胎表現(xiàn)出嚴重的心臟形態(tài)缺陷,包括顯著變薄的心壁緊密層,結(jié)構(gòu)紊亂的心小梁區(qū)和室間隔缺損(VSD)。極少量超過E15.5的幸存胚胎亦表現(xiàn)出VSD和流出道形態(tài)異常。 條件性Smad4敲除導致極為顯著的心肌細胞增殖下降,而細胞凋亡沒有明顯改變。指示心肌細胞分化的一系列肌動力蛋白在Smad4敲除心肌中的表達下調(diào),包括肌球蛋白重鏈α和β,心室肌球蛋白輕鏈2,和心肌動蛋白α,提示心肌細胞分化能力的下降。此外,Smad4突變心臟中TGF-β/BMP通路也受到調(diào)控,BMP通路的配體中心臟特異性表達的BMP10的表達量和核因子Smad 1/5/8的活化程度均升高,提示Smad4和BMP10在心肌細胞發(fā)育中某種潛在的負反饋機制。一些心臟發(fā)育中關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子的表達有所降低,包括Nkx2.5, GATA4和MEF2c,這些因子在心臟發(fā)育中期對心肌細胞的分化有促進作用,從而其被Smad4引起的下調(diào)可能導致了心肌細胞分化的降低。 以上數(shù)據(jù)從遺傳學角度提供了直接證據(jù),證明Smad4基因?qū)φ{(diào)節(jié)胚胎期心肌細胞的增殖和分化均具有重要作用,同時也對先天性心臟缺陷可能的原因提供了新的見解。
[Abstract]:Congenital heart defect is one of the main reasons teratogeny, about 1% of newborns with congenital heart defects. Many factors affecting embryonic heart development in recent years, the research also reveals some genetic potential causes, but its genetic mechanism is still not very clear. A transforming growth factor beta / bone morphogenetic protein (TGF- /BMP) on the development of family shape and adult cardiac pathological changes play an important role in the embryonic heart, as the transmission of Co-Smad signal pathway in nuclear signal only, nuclear factor Smad4 in the signaling pathway has a central role of.Smad4 in a knockout phenotype will lead to cardiac hypertrophy and heart failure in the heart, but the role of embryo heart development has not been reported. In this study, we found that Smad4 plays an important role in the process of heart development in mid embryogenesis, can adjust the BMP signal and a series of heart development are The core factor of regulation.
Because the whole body Smad4 knockout mice died of early embryonic development, we use the Cre-Loxp system, Cre transgenic mice mediated expression of embryonic myocardial cells by specific Smad4 gene in embryonic cardiomyocytes knockout. From embryonic day 9.5 (E9.5) Smad4 gene knockout leads to embryonic deaths from E12.5 ~ 15.5, mutant embryos show a serious form of heart defects, including significant change in heart wall thin layer close, and trabecular area of heart septal defect structure disorder (VSD). A very small amount of more than E15.5 of the surviving embryos also showed abnormal morphology and VSD outflow tract.
Conditional knockout of Smad4 resulted in extremely significantly decreased myocardial cell proliferation, and cell apoptosis was not changed. A series of muscle indicative of myocardial cell differentiation in dynein Smad4 knockdown the expression of myocardial reduction, including alpha and beta myosin heavy chain, ventricular myosin light chain 2, and myocardial dynamic protein alpha, suggesting decreased differentiation myocardial cells. In addition, the Smad4 mutation in the heart of TGF- beta /BMP pathway is regulated by activation, expression and expression of nuclear factor Smad 1/5/8 BMP ligand pathway heart specific BMP10 were increased, suggesting that Smad4 and BMP10 in a potential negative feedback mechanism of myocardial cell development. Some transcription factors in heart development the key of the expression decreased, including Nkx2.5, GATA4 and MEF2c, these factors can promote the differentiation of heart development in mid myocardial cells, which is caused by the downregulation of Smad4 It may lead to a decrease in the differentiation of cardiac myocytes.
The above data provide direct evidence from genetic perspective, which proves that Smad4 gene plays an important role in regulating the proliferation and differentiation of embryonic cardiac myocytes, and also provides new insights into the possible causes of congenital heart defects.

【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：R321

【共引文獻】

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本文編號：1728380