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Wnt/β-catenin信号通路是多细胞生物中一条保守的信号通路,它在胚胎体轴建立、器官发生、组织再生以及各种疾病的产生中都具有重要的意义。
本文以非洲爪蟾胚胎发育为模型,研究了在非洲爪蟾胚胎背腹轴建立以及体节发生两个不同发育生物学事件里Wnt/β-catenin信号通路是如何和其它信号通路相互作用实现其生物学功能的。维生素A及其衍生物(即类视黄醇等)存脊椎动物早期胚胎发育的各个方面都具有积极的作用。但在早期发育过程中接触过量的类视黄醇等物质能导致脊椎动物畸胎发生。在非洲爪蟾背腹轴建立过程中,我们发现外源视黄酸受体依赖的类视黄醇信号通路能够抑制囊胚期胚胎中Wnt/β-catenin信号通路活性,造成非洲爪蟾胚胎复杂的畸形。其中包括胚胎早期背方结构(特别是肌肉和神经)发育的严重畸形。外加视黄酸可以抑制囊胚期胚胎中氯化锂介导的Wnt/β-catenin信号通路的活化。响应Wnt信号的报告基因转基因试验以及荧光素酶测活试验都表明过量的视黄酸能够抑制囊胚胚胎中的Wnt/β-catenin信号通路的活性。同时,在胚胎背方发育过程中起重要作用并响应Wnt信号的基因在视黄酸处理过的胚胎中的表达也出现下调。有意思的是,外加视黄酸并不影响Wnt/β-catenin信号通路重要效应分子β-catenin在囊胚期胚胎细胞中的稳定性,而是促进了β-catenin在细胞核中的积累。使用视黄酸受体的反向激活剂AGN193109可以拮抗视黄酸对Wnt/β-catenin信号通路的抑制,同时也解除了视黄酸引起的β-catenin在囊胚细胞核中的积累。我们的结果为视黄酸作为致畸胎剂提供了一种作用机制,同时也提示了类视黄醇和Wnt这两条重要的信号通路在内源情况下可能的作用方式。体节是脊椎动物胚胎发生过程中的过渡性结构,它能发育成成体的骨骼、肌肉以及真皮。体节的形成过程被称为体节发生,它受到严格的时间和空间控制。我们通过对参与体节发生的重要基因Mespo在非洲爪蟾体节发生过程中的表达调控研究,希望了解不同信号通路是如何相互作用,从而实现其生物学功能的。首先我们确证了Mespo在非洲爪蟾体节发生过程中具有进化上的保守作用以及Wnt/β-catenin信号通路活性存在于预体节中胚层中。同时,我们证明了Wnt/β-catenin信号通路通过Mespo 5’上游一个保守的LEF/TCF结合位点实现对Mespo的直接转录调控。进一步研究还证实了FGF信号通路下游作用因子AKT及其磷酸化形式存在于预体节中胚层。预体节中胚层P13K/Akt信号通路的活性能够通过磷酸化GSK-3β,使GSK-3β不能磷酸化β-catenin,造成β-eatenin在体节中胚层细胞中稳定激活Wnt/β-catenin信号通路,维持Mespo在预体节中胚层巾的表达。
研究结果证明了Wnt/β-catenin信号通路以不同方式在不同层面上通过与不同的信号通路相互作用来实现对不同基因的转录调控,特异地参与许多重要发育生物学事件。我们对Wnt/β-catenin信号通路在分子层面上的阐释,不仅对于更好地理解其在发育过程中的作用有帮助,对于理解这条信号通路如何在参与疾病发生也有重要提示作用。