本文選題：生物液晶 + 胚胎發(fā)育��； 參考：《武漢大學(xué)》2009年博士論文

【摘要】：在1979,肯特大學(xué)液晶研究所的Brown GH和Wolken JJ發(fā)表了他們的著作《液晶與生物結(jié)構(gòu)》,在此書中,他們系統(tǒng)的總結(jié)了當(dāng)時(shí)液晶態(tài)在生物有機(jī)體內(nèi)研究的全部進(jìn)展,此書成為該領(lǐng)域的權(quán)威著作。在1978和1979年,液晶在雞胚發(fā)育中存在的發(fā)現(xiàn)引起學(xué)術(shù)界的注意。該工作首次報(bào)道了在胚胎器官和組織發(fā)生中,液晶態(tài)大量分布與肝臟、卵黃囊、血液、腎臟(包括中腎和后腎)、大腦和小腦、以及其他大約二十余種發(fā)育中的器官和組織中。隨后,在其他脊椎和非脊椎動(dòng)物中,如魚類、昆蟲,也發(fā)現(xiàn)有類似的現(xiàn)象。隨后,在將近二十余年里,雖然有一些零散的相關(guān)報(bào)道,但從整體上看該研究領(lǐng)域顯得相當(dāng)沉靜。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因不是對(duì)液晶的重要性有何置疑,而是沒有人或研究工作知道如何將液晶這種物質(zhì)第四態(tài)與現(xiàn)代生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)知識(shí),以及它們的分子生物學(xué)最新進(jìn)展有機(jī)的聯(lián)系起來。該領(lǐng)域中,以下問題隨時(shí)會(huì)引起研究人員的注意。在脊椎各種生理過程中,液晶如何在細(xì)胞、組織以及器官中行使其功能?是否有任何疾病與液晶的有序性以及缺陷結(jié)構(gòu)有關(guān),這種有序性以及缺陷結(jié)構(gòu)是否有可能衍生出表征或者預(yù)測(cè)這些人類疾病的生物標(biāo)記?在生物起源,疾病的發(fā)生以及胚胎發(fā)育中,液晶是否以相同或相關(guān)的分子機(jī)制起作用?在這里,主要問題可能應(yīng)該集中于它與分子生物學(xué)相關(guān)性。在正常和異常生物生理過程中,是否有任何基因與液晶的出現(xiàn)和消失直接相關(guān),該基因的異常表達(dá)和突變是否與人類疾病相關(guān)?有沒有或者說存不存在上選的動(dòng)物模型,可用以探索以上問題。 近些年來,液晶方面的報(bào)道引起大家對(duì)一些相關(guān)課題重視，，如生命起源、器官形態(tài)發(fā)生、和人類疾病病,包括心血管疾病、眼疾病、腎臟疾病以及腦血管功能異常。2006年,液晶監(jiān)控干細(xì)胞的報(bào)道引起公眾的關(guān)注。2007年,Nakata等首次報(bào)道大約5-20堿基對(duì)的雙鏈寡聚物在水境中可以形成近晶和柱形液晶,該發(fā)現(xiàn)提供了地球生物出現(xiàn)的連接性關(guān)鍵證據(jù)。2005年和2008年,Helary和Giraud-Guille揭示細(xì)胞外介質(zhì)蛋白液晶三維培養(yǎng)系統(tǒng)觸發(fā)血液干細(xì)胞向上皮細(xì)胞的分化。這里,將我們?cè)谝壕c鳥類胚胎發(fā)育的研究結(jié)果,以及肝臟液晶相關(guān)蛋白的發(fā)現(xiàn)和其轉(zhuǎn)基因小鼠的表形特征與肝心疾病的相關(guān)研究,陳述于下。 (Ⅰ)肝臟液晶類脂滴的雞胚發(fā)育過程中的原位分析和體外模擬該部分工作有望拓寬對(duì)人類肝酯蓄積癥或脂肪肝疾病的理解,對(duì)該病的進(jìn)一步的機(jī)理上的理解有助于研發(fā)新的診斷和治療方法。使用X-射線衍射、小角X-射線散射和相變配合偏振光顯微鏡的方法,我們得到以下結(jié)論：(A)在鳥類胚胎發(fā)生過程中,肝臟液晶化是一個(gè)常規(guī)化的過程。我們的結(jié)果來源于對(duì)雞、鴨、鴿、鵪鶉、泰和雞以及野山雞的分析研究。肝臟類脂滴的液晶化發(fā)生在胎胚發(fā)育的早期,之后,在肝臟細(xì)胞索上肝細(xì)胞內(nèi),隨著胚胎的發(fā)育,液晶類脂滴將大量形成并蓄積直至晚期及孵化。在胚后發(fā)育的前兩周至四周,肝臟液晶類脂滴將漸漸被吸收。(B)小角X-射線散射揭示肝臟液晶類脂滴的周期性重復(fù)間距分布于36至39A,在所有我們檢測(cè)的鳥類胚胎肝臟中,小角X-射線散射數(shù)據(jù)均可以以直接解剖而得的新鮮肝臟組織上樣而得。(C)X-射線衍射配合溫度測(cè)量的方法證實(shí),液晶態(tài)、結(jié)晶態(tài)和各相同性態(tài)中,兩態(tài)之間的相變?cè)谝陨纤械镍B類胚胎肝臟中均可檢測(cè)。(D)基于雞胚肝臟液晶類脂滴的成分分析,我們?cè)隗w外構(gòu)建了液晶類脂滴試驗(yàn)表明,模擬構(gòu)建的液晶類脂滴具有所有以上描述的雞胚肝臟液晶類脂滴的特性。 (Ⅱ)雞胚胎發(fā)育中腎臟液晶類脂滴的特征性分析腎臟中腎后腎發(fā)育中液晶分析顯示,液晶類脂滴非常相似于一種雙折射顆粒,這種雙折射顆粒已被作為診斷特征,用于評(píng)估Anderson-Fabry腎疾綜合癥的典型表型。這種疾病與溶酶體a-galactosidase A的缺陷或突變相關(guān),是一種與位于X染色體Xq22.1基因疾病。通過使用偏振光顯微鏡和電鏡分析,我們證實(shí)(A)液晶馬爾它十字最早在胚胎發(fā)育第8天的中腎中發(fā)現(xiàn),隨后隨著胚胎發(fā)育的進(jìn)行,雙折射顆粒的數(shù)量和太小都漸漸增加,這種變化會(huì)持續(xù)到發(fā)育的第13天。(B)在腎臟發(fā)育的后腎期間,液晶馬爾它十字最早發(fā)現(xiàn)于第14天的后腎中。同樣,隨后隨著胚胎發(fā)育的進(jìn)行,雙折射顆粒的數(shù)量和大小都漸漸增加。(C)超微結(jié)構(gòu)分析證實(shí),雙折射顆粒呈典型的髓鞘小體結(jié)構(gòu),呈同心圓片層結(jié)構(gòu),位于近端腎小管的細(xì)胞質(zhì)以及管腔內(nèi)。在腎臟中腎和后腎中,組織及細(xì)胞定位相同。雞胚胎發(fā)育中腎臟液晶類脂滴的結(jié)構(gòu)形態(tài)和相變特征與Anderson-Fabry腎疾綜合癥的馬爾它雙折射顆粒的十分相似 (Ⅲ)雞胚胎發(fā)育中,液晶類脂滴與鈣的蓄積和儲(chǔ)蓄在胚胎發(fā)生發(fā)育中,來自卵殼的鈣的蓄積過程是雞胚發(fā)育的不可缺少。在胚后發(fā)育中,特別是在早期胚后發(fā)育時(shí),這種儲(chǔ)蓄會(huì)逐漸釋放,以供此初生幼小動(dòng)物個(gè)體完善發(fā)育。在該部分工作中,我們證實(shí),豐富的液晶類脂滴與碳酸鈣同時(shí)并存與發(fā)育中的卵黃囊液中,這種并存揭示了液晶類脂滴在碳酸鈣球霰石結(jié)晶過程中的潛在作用。我們提出的假想是,在鈣的蓄積過程中,碳酸鈣逐漸沉積與液晶類脂滴的脂片層上,沉積碳酸鈣群最終形成霰石結(jié)晶。我們認(rèn)為碳酸鈣液晶片層沉積方式揭示了生物液晶結(jié)晶的分子機(jī)理,是鳥類胚胎發(fā)育中鈣蓄積的主要方式。液晶結(jié)晶嵌合體的發(fā)現(xiàn)以及其結(jié)構(gòu)的相變不同步性特性,為我們的假想提供了堅(jiān)實(shí)的證據(jù)。在生物體中,碳酸鈣方解石、霰石和球霰石廣泛存在,在人類結(jié)石身體中結(jié)石里,碳酸鈣結(jié)石也是其中一種。有趣的是,人類結(jié)石所常常出現(xiàn)的器官和組織,也常有液晶的存在,如腎臟、膽囊。顯然,我們提出的碳酸鈣液晶片層沉積方式,為理解結(jié)石癥提供了重要的思考角度。另外,在碳酸鈣介入的藥物輸送系統(tǒng),能否將液晶概念引入其中而制備高效包裝且緩慢釋放的微囊輸送方式也在探索中。 (Ⅳ) Alb-p37轉(zhuǎn)基因小鼠揭示液晶相關(guān)的肝酯蓄積癥或脂肪肝疾病,在高蛋白質(zhì)飲食下,導(dǎo)致心臟肥大和心率不齊,為了探討液晶態(tài)在脊椎動(dòng)物發(fā)育過程中的作用,我們從第18天和初生雞胚肝臟中分離了三個(gè)與液晶相關(guān)的蛋白,即為p37,p25和p18并將其與肝臟特異表達(dá)的驅(qū)動(dòng)子A1b建立了肝臟特異表達(dá)的Alb-p37外源基因。通過胚胎靶向技術(shù),以合子微注射方法得到了Alb-p37轉(zhuǎn)基因小鼠。在這種小鼠的肝臟中,p37外源基因會(huì)額外表達(dá),但在別的器官和組織卻不會(huì)表達(dá)。通過組織化學(xué)分析、動(dòng)物行為學(xué)分分析和其它相關(guān)分析,這種Alb-p37小鼠與其它非轉(zhuǎn)基因小鼠沒有任何區(qū)別。然而,我們意外發(fā)現(xiàn),食譜會(huì)導(dǎo)致Alb-p37小鼠與其它非轉(zhuǎn)基因小鼠的很大差別。與非轉(zhuǎn)基因小鼠相比,在高蛋白質(zhì)食譜下,這種轉(zhuǎn)基因小鼠會(huì)在肝臟大小、身體重量和心臟大小上大大超過正常值。組織化學(xué)分析表示,轉(zhuǎn)基因肝臟細(xì)胞在組織結(jié)構(gòu)上明顯變大,偏振光顯微鏡下出現(xiàn)液晶類脂滴。該結(jié)果顯示,p37蛋白極有可能是導(dǎo)致肝酯蓄積癥的關(guān)鍵蛋白,并且液晶態(tài)與其相關(guān)。 通過Alb-p37轉(zhuǎn)基因小鼠對(duì)比與非轉(zhuǎn)基因小鼠,通過組織化學(xué)分析、心臟功能分析(ECG)和ECG配合跑步測(cè)試,我們得到以下結(jié)論：(A)在正常飲食條件下,Alb-p37轉(zhuǎn)基因小鼠沒有任何可觀察到的形態(tài)學(xué)和行為學(xué)異常;然而,高蛋白質(zhì)飲食條件下,p37肝臟特異性表達(dá)直接導(dǎo)致肝臟的肥大,并伴隨著肝細(xì)胞索上肝細(xì)胞內(nèi)大量液晶態(tài)雙折射的出現(xiàn)。(B)在Alb-p37轉(zhuǎn)基因小鼠其它組織和包括心臟在內(nèi)的其它器官中,均未發(fā)現(xiàn)液晶態(tài)的存在,也未發(fā)現(xiàn)細(xì)胞大小的明顯變化。然而,高蛋白質(zhì)飲食條件下,心臟大小和身體大小均有明顯增加。這種明顯增加是否因?yàn)樾呐K細(xì)胞數(shù)量有所增加,我們尚未作進(jìn)一步的研究。(C)心臟大小和身體大小均有明顯增加,我們發(fā)現(xiàn)Alb-p37轉(zhuǎn)基因小鼠的心臟功能有明顯異常。與其它非轉(zhuǎn)基因小鼠或正常飲食條件下的轉(zhuǎn)基因小鼠相比,心電圖確證心率異常,心跳明顯變慢。此表征定義為嚴(yán)重心率不齊或心率緩慢。(D)心率不齊或心率緩慢的Alb-p37轉(zhuǎn)基因小鼠,在跑步機(jī)鍛煉的情況下會(huì)發(fā)展成心臟猝死。導(dǎo)致心臟猝死的直接原因是,心率緩慢誘導(dǎo)的QRS復(fù)合峰早熟。
[Abstract]:In 1979 and 1979 , Brown GH and Wolken JJJ of the University of Kent ' s Liquid Crystal Institute published their work on liquid crystals and biological structures . In this book , they systematically summarize the progress of the liquid crystalline state in the biological organism . In the field , the following problems have attracted attention from the academic community . In this area , there are no human or research work on how to correlate liquid crystal molecules with modern biological and biomedical knowledge , and their molecular biology .


In recent years , recent reports of liquid crystal have focused on some related topics , such as life origin , organ morphology , and human disease , including cardiovascular disease , ocular diseases , kidney disease and cerebrovascular function abnormalities . In 2006 , the report of liquid crystal monitoring stem cells attracted public attention . In 2007 , Nakata et al . reported that extracellular mediator protein liquid crystal three - dimensional culture system triggered the differentiation of blood stem cells into epithelial cells . In 2005 and 2008 , Helary and Giraud - Guille revealed that extracellular mediator protein liquid crystal three - dimensional culture system triggered the differentiation of blood stem cells into epithelial cells .


( 1 ) In situ analysis and in vitro simulation of liver liquid crystal lipid droplets are expected to broaden understanding of human liver ester accumulation or fatty liver disease .


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本文編號(hào)：1956620