吗啉反义寡核苷酸在基因功能研究中的应用

吗啉反义寡核苷酸属于第三代反义寡核苷酸,主要通过阻断mRNA的剪接过程来抑制目的基因的功能。吗啉反义寡核苷酸技术现已广泛应用于发育过程中基因功能的研究;鉴于吗啉反义寡核苷酸能与病毒特异mRNA结合,形成的双链物可有效阻断病毒RNA的转录,从而抑制病毒的复制,所以该技术已应用于医学研究,如治疗病毒感染、癌症、肌营养不良症和早老综合症等疾病。主要阐述了吗啉反义寡核苷酸的结构特点、作用机制、与其它反义技术的比较,以及该技术的应用与展望。

敲低神经靶酯酶引起斑马鱼发育缺陷

神经靶酯酶是Patatin样磷脂酶家族的成员,在神经发育中发挥重要作用。某些有机磷通过抑制神经靶标酯酶,导致人类和鸡有机磷酸酯诱导的迟发性神经病。神经靶标酯酶突变还会导致遗传性痉挛性截瘫等运动神经元疾病。Neuropthy target esterase功能的重要性已经得到一些了解,但是对于NTE在动物发育过程中的具体功能以及其导致运动神经元疾病的具体机制尚不清楚。本次实验对nte在斑马鱼发育过程中表达情况进行了分析,在此基础上使用吗啉反义寡核苷酸敲低nte基因,研究nte在斑马鱼胚胎中的具体功能及其作用机制。结果表明,nte出现在胚胎发育早期,并且斑马鱼Nte在其胚胎发育整个过程中表达。nte敲低后的斑马鱼表现出一系列的发育缺陷,包括尾部卷曲、轴突截断和分叉。nte敲低的斑马鱼胚胎细胞凋亡增加,神经元中出现胞内空泡、异常膜结构积累、内质网和线粒体结构异常以及自噬增加。总之,NTE在动物发育过程中以及其导致的运动神经元疾病中发挥重要作用。本研究为NTE的功能及其在神经变性中的作用机制提供了依据。

斑马鱼prkd1基因在心脏早期发育过程中的作用研究

为了探究蛋白激酶D(protein kinase D,PKD;又名PRKD)家族典型成员prkd1基因对早期心脏发育的影响,选用模式动物斑马鱼为研究对象,设计了吗啉代反义寡核苷酸敲低实验。表型观察结果显示,prkd1基因敲低会导致斑马鱼心脏发育异常,出现心包水肿、环化异常、心管线性化等畸形表型;斑马鱼心率分析数据显示,与野生型斑马鱼相比,prkd1基因的敲低会导致早期斑马鱼心率降低。利用转录组高通量测序技术对受精后3 d(3 days post fertilization,3 dpf)的斑马鱼对照组和敲低prkd1组进行测序,差异基因富集分析表明,prkd1的敲低与心脏相关信号通路如心肌细胞的肾上腺素信号通路等显著相关。进一步通过qRT-PCR对高通量测序结果进行验证,并对早期心脏发育关键因子进行检测,结果显示,部分心血管相关基因显著下调,tbx5a、gata4等心脏调控关键基因同样显著下调。这些表明prkd1基因可能通过调控心脏发育相关信号通路以及心脏发育关键基因来影响早期心脏发育,在早期心脏发育过程中发挥重要作用。

斑马鱼中骨形态发生蛋白2a敲降对骨代谢的影响

目的通过显微注射吗啉环反义寡核苷酸(morpholino oligo,MO),使斑马鱼骨形态发生蛋白2a (bone morphgenetic protein 2a,BMP2a)基因敲降,观察BMP2a基因表达抑制后对斑马鱼骨代谢的影响。方法以受精后半小时斑马鱼受精卵为模型,将MO显微注射到受精卵(20个,对照组相同处理),对注射MO后及野生型(wild type,WT)的幼鱼于第9天分别进行茜素红染色,比较硬骨的形态差异,同时运用Image J软件对染色体积进行统计,比较差异。对注射MO后的幼鱼于第4天提取的c DNA采用实时荧光定量PCR(QPCR)方法检测Runx2a、Runx2b、Sp7、Alp骨形成相关基因和WT基因组的成骨下游基因表达的差异。对注射MO后第4天的斑马鱼予以成骨代表性的两个基因Runx2a进行原位杂交,比较WT幼鱼相关成骨基因表达部位的差异和信号强弱。结果与WT染色相比,注射抑制BMP2a的MO后第9天斑马鱼硬骨茜素红染色变浅,体积更小(MO vs. WT:3 276±153 vs. 4 768±231,P<0. 05)。QPCR检测显示,注射MO后第4天的斑马鱼成骨代谢基因表达量与WT斑马鱼对应基因相比均下调(Runx2a:0. 348±0. 002 vs. 1. 007±0. 032;Runx2b:0. 525±0. 021 vs. 1. 013±0. 021; Sp7:0. 483±0. 026 vs. 1. 124±0. 173; Alp:0. 136±0. 012 vs. 1. 233±0. 237; P<0. 05)。就Runx2a原位杂交而言,注射MO后第4天斑马鱼信号表达弱于同期WT斑马鱼。结论通过基因敲降技术使得斑马鱼BMP2下调,直观地观察到斑马鱼的骨发育迟缓,运用分子手段发现其基因下调造成一系列的成骨基因降低,用原位半定量方法靶向定位到斑马鱼蝶骨上,基因下调后造成斑马鱼的蝶骨信号消失。

Connexin43基因表达下调导致斑马鱼胚胎后部体节发育异常

目的:验证斑马鱼胚胎体节的发育是否受到间隙连接蛋白connexin43(cx43)基因表达调控。方法:利用吗啉修饰的反义寡核苷酸(morpholino antisense oligos)下调cx43基因的表达;单克隆抗体CH1进行全胚胎的免疫荧光来标记体节;全胚胎的TUNEL实验检测细胞凋亡。结果:研究发现cx43基因表达下调的斑马鱼胚胎呈现为尾部向侧下弯曲,并且后部体节排列紊乱。进一步的研究证实cx43下调诱导了后部体节细胞的异常凋亡。结论:cx43与斑马鱼后部体节的正常发育有关。

下调rpl15基因的表达抑制斑马鱼早期造血的发育

目的探究核糖体蛋白L15(ribosomal protein l15,rpl15)基因表达下调对斑马鱼早期造血发育的影响。方法设计并合成rpl15吗啉代反义寡核苷酸(morphilino antisense oligo,MO),通过显微注射到单细胞期斑马鱼(0~0.75 hpf)的受精卵中来下调rpl15的表达,通过qRT-PCR和Western blot技术验证下调rpl15基因表达的有效性。使用体式显微镜分别观察注射rpl15 MO(MO)组与野生型(WT)组的发育情况。O-dianisidine染色检测血红蛋白表达的情况,qRT-PCR检测红系特异性转录因子hbae3、hbbe1的表达变化。全胚原位杂交和qRT-PCR检测红系特异性转录因子gata1、髓系转录因子pu.1、粒系转录因子mpo、定向造血标志转录因子runx1和c-myb、原始祖细胞造血标志物scl和lmo2等早期造血发育过程的关键转录因子的表达变化。TUNEL实验检测造血组细胞的凋亡变化。结果显微注射rpl15 MO能显著下调斑马鱼rpl15的表达,与WT组相比,MO组表现出体节弯曲、发育迟缓、心包水肿等异常表型。MO组血红蛋白合成量与hbae3、hbbe1的表达量相较于WT组明显减少(P<0.05)。原位杂交及qRT-PCR结果表明,gata1的表达明显减少(P<0.05),pu.1、mpo、runx1、c-myb的表达无明显变化,scl的表达明显减少(P<0.01),lmo2的表达无明显变化。TUNEL实验显示造血祖细胞的凋亡无明显变化。结论下调rpl15的表达抑制了斑马鱼早期的造血发育,并可能与gata1和scl表达明显降低有关。