斑马鱼Ly6家族成员的鉴别及PSCA-like基因功能研究

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淋巴抗原-6(lymphocyte antigen6,Ly6)家族存在于很多物种中。例如人类中大约有40多个Ly6基因,果蝇中也存在大约30多个。Ly6家族成员最典型的特征就是含有一个或多个空间结构保守的Ly6/uPAR(LU)结构域。LU结构域含有10个或12个位置特异保守的半胱氨酸,这些半胱氨酸可以形成5或6对二硫键。Ly6家族成员可以分为分泌蛋白和依靠GPI锚定在细胞膜上的蛋白。Ly6家族各成员除了保守的半胱氨酸,其余的序列非常不保守,是一个快速进化的基因家族。但是,它们又均具有相似的类似三个手指的空间结构,所以LU结构域也称作三指结构域。Ly6家族成员可以执行多种功能,在不同的生理过程中起作用。例如免疫调节因子 CD59、神经受体修饰因子 LYNX1以及参与细胞粘附与迁移的调节因子uPAR等。另外,很多Ly6成员与人类的疾病相关,例如突变SLURP1造成人的掌跖角化病 Mad de Meleda,PSCA的突变可以诱发胃癌和膀胱癌,遗传缺陷CD59可以造成阵发性睡眠性血红蛋白尿等。在早期发育过程中,果蝇中四个Ly6成员Boudin、Crooked、Coiled和Crimpled表达在胚胎期的外胚层及后期的表皮上,可以调节果蝇的间隙连接。斑马鱼的Lypd6可以激活Wnt信号,是Wnt8介导的中胚层及神经外胚层诱导作用所必需的。尽管研究表明Ly6成员可执行多种不同功能,并与疾病发生密切相关,但是Ly6成员发挥作用的分子机制并不十分清楚,而且由于Ly6家族成员的复杂性,其研究严重匮乏。  斑马鱼的基因组测序已经完成,为研究基因功能提供了极大的方便。但是,关于其Ly6家族的研究鲜有报道。我们利用已知的Ly6成员序列在斑马鱼基因组中寻找潜在的Ly6基因,结果发现了斑马鱼基因中至少存在27个Ly6家族成员。生物信息学分析表明斑马鱼的这些Ly6成员都含有Ly6家族典型的特征。氨基端都含有信号肽,并且只有5个是分泌蛋白,其他的都是GPI锚定的蛋白。其中有10个含有2个LU结构域,其他的都只含有1个结构域。它们在染色体上有成簇分布的情况,特别是第17号染色体上成簇分着7个Ly6基因,并且这7个Ly6成员均含有2个LU结构域。胚胎整体原位杂交的结果表明:斑马鱼Ly6基因分别在不同的部位特异的表达,暗示了其功能的多样性。其中斑马鱼 Ly6基因XP_706427表达在原肠期的下包层,之后在表皮鳃弓和胸鳍上表达;XP_002664005和XP_002664937两个基因特异表达在侧线神经丘。原位杂交也显示了一个Ly6基因PSCA-like特异表达在视网膜和松果体上。PSCA-like从14体节胚胎期起,在松果体上有表达,在24小时胚胎中开始在背部视网膜表达,而从36小时开始在腹部视网膜有表达,其后按照神经发生模式PSCA-like的表达扩散至整个外部视网膜,从3天感光细胞分化一直到成体阶段,PSCA-like一直在视网膜的感光细胞特异的表达。PSCA-like在松果体上的表达受到调控因子Otx5的调控,生物信息学分析也表明PSCA-like的调控序列上含有多个Otx5的结合位点,暗示了Otx5可能直接调节PSCA-like的表达。PSCA-like的表达受到自身节律的调控,并不受光照的调控。在斑马鱼早期胚胎发育中敲降PSCA-like的表达,可以造成感光细胞发育延迟,具体表现为视蛋白 mRNA表达水平下调。利用TALEN构建的斑马鱼PSCA-like F2代突变体在早期发育并无明显异常,但是到了成体阶段,野生型斑马鱼的感光细胞正常,而突变体斑马鱼的感光细胞排列絮乱,不规则,发生退化。具体表现为双锥细胞排列不规则,感光细胞长度变短,Gnat2蛋白的定位发生错误。随着年龄增长,感光细胞的退化加剧,并且紧密连接结构OLM也发生了错乱。这些表明了PSCA-like对于感光细胞形态的维持至关重要,可能在视网膜疾病中起作用。但其发挥作用的分子机制还需要进一步研究。
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