斑马鱼fam60a参与原始生殖细胞形成和fam60al调控体细胞核再程序化的初步研究

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原始生殖细胞(Primordial germ cells,PGCs)是最早形成的一类具有分化形成卵母细胞和精母细胞潜力的细胞,研究其发生、迁移与分化对揭示鱼类性别的分化机制具有重要意义,且对以生殖细胞为对象进行鱼类生殖操作育种也具有重要的潜在价值。  PGCs数量是影响斑马鱼性别分化的重要因素,幼鱼期PGCs数量减少时,斑马鱼发育成雄鱼,而PGCs数量增多有利于向雌鱼分化。斑马鱼原始生殖细胞的形成由早期卵母细胞生殖质决定,但生殖质如何形成以及受哪些基因调控还鲜少报道。FAM60A(Family with sequence similarity60,member A)为2012年在人U2OS细胞中发现的一个细胞周期调节蛋白,直至2016年,仅有两篇研究报道,发现该因子可能为Ⅱ型糖尿病的一个敏感化位点和在CHO细胞系中可以提高融合蛋白的表达稳定性,目前未见fam60a在脊椎动物胚胎发育过程中的任何报道。  本论文分别利用TALENs基因敲除技术和转基因过表达技术获得了斑马鱼fam60a基因的敲除家系(fam60a-KO)和fam60a基因的过表达家系fam60a-OE)。结果发现,fam60a-KO家系后代雌性与雄性比例为1∶9,fam60a-OE家系后代雌性与雄性比例为9.5∶0.5,而对照斑马鱼家系雌雄比例为4∶6。利用标记PGCs的vas口、nanos等探针在fam60a-KO家系胚胎的不同发育阶段4cell、dome时期、bud时期、21体节时期和原基5时期均检测到了PGCs数量的显著减少,而fam60a-OE家系胚胎的上述不同发育阶段PGCs数量显著增多。将fam60a基因敲除家系和fam60a基因过表达家系杂交,多代筛选后获得异位表达am60a的纯合突变家系(KO*OE),胚胎期PGCs数量恢复对照水平,发育到成鱼后,雌雄性比也恢复为5∶5,表明斑马鱼fam60a在PGCs形成中具有非常重要的功能。  斑马鱼不同发育阶段的原位杂交,我们均没有观察到PGCs异位表达的现象,利用标记生殖质的buc探针,在Ⅰ期和Ⅲ期卵母细胞中发现,fam60a-KO家系buc基因表达减少,fam60a-OE家系buc基因表达增强,KO*OE家系buc基因表达水平与对照家系基本一致。另外vasa和buc在1细胞fam60a-KO家系胚胎中表达减少,fam60a-OE家系胚胎中表达增强,KO*OE家系胚胎表达水平与对照家系基本一致。  利用定量PCR和PH3抗体免疫荧光证实fam60a-KO家系早期胚胎发育过程中细胞增殖速度较对照家系减缓,而fam60a-OE家系细胞增殖速度较对照家系加快,fam60a可影响cyclinA1、cyclinB1和cyclinE2等基因的表达,参与斑马鱼胚胎期细胞增殖。同时定量PCR和TUNEL证实fam60a-KO家系早期胚胎细胞凋亡数目较对照家系显著增多,fam60a-OE家系细胞凋亡数目较对照家系减少,fam60a通过调节促凋亡因子bik和noxa的表达参与细胞凋亡过程。  由此,我们认为斑马鱼fam60a在卵母细胞和1细胞时期胚胎中可能通过调控生殖质的形成,来影响PGCs的数量;在早期胚胎发育阶段,fam60a可能参与调控细胞增殖和细胞凋亡过程来影响PGCs的数量。  体细胞核再程序化机制是体细胞核在未受精卵中如何去分化和恢复发育全能性的关键科学问题。克隆动物发育畸形和克隆效率低下的主要原因是我们对供体核的再程序化机制还了解甚少。2009年,我们实验室获得了斑马鱼体细胞克隆胚和合子发育胚的差异表达基因谱,发现在体细胞克隆胚中显著下调表达的fam60al基因序列。本研究通过RACE和Genome Walking获得斑马鱼的全长fam60al,更有意思的是我们发现了其反义转录本序列fam60al-AS,CPC软件分析fam60al-AS为长链非编码RNA。Pearson相关性分析显示fam60al和fam60al-AS早期表达存在中度负相关性,进一步利用RNaseprotection assay和定量PCR证实fam60al-AS通过与fam60al形成dsRNA,负向调节fam60al的表达。利用TALENs构建fam60al双位点敲除家系,定量PCR发现fam60al可以调节fam60al-AS和多能性相关基因myca、nanog等的表达。由此推测斑马鱼中,fam60al-AS作为fam60al基因的反向长链非编码RNA,通过与其形成dsRNA,调节fam60al的表达,进而影响多能性相关基因的表达,参与体细胞核再程序化过程。
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