vasa基因编码蛋白的结构特征和应用展望

vasa基因编码的蛋白是DEAD-box家族的一种RNA解旋酶,该基因最先在果蝇中发现,其同源基因在许多动物中都已经克隆得到,vasa基因在生殖细胞系中特异性表达,研究显示其在配子发生和胚胎发育过程中发挥重要作用。本文重点介绍其编码蛋白的结构特征和应用展望。

南方鲇Vasa基因两种亚型cDNA的克隆及其表达

采用RT-PCR和RACE相结合的方法,从南方鲇分离到Vasa基因的两个亚型scVasa和scVasa-s。它们是同一基因在5′端经选择性剪接的产物,其cDNA全长分别为2525bp和2438bp,编码662和641个氨基酸。两者均具有DEAD-box家族成员特有的8个保守基序和Vasa的典型特征。南方鲇Vasa与银鲫相似性最高(73.3%)。两个亚型均特异地表达于雌雄性腺中。原位杂交结果表明:scVasa主要在卵巢Ⅰ、Ⅱ时相的卵母细胞和精巢的精原细胞和初级精母细胞中表达。半定量PCR结果显示,在生殖周期中,两种亚型在以Ⅱ时相卵母细胞为主体的卵巢恢复期表达均高于以Ⅲ-Ⅳ时相卵母细胞为主体的卵黄生成期。

黄鳝性腺自然逆转过程中vasa基因的表达分析

本研究采用RNA反义探针原位杂交技术,对vasa基因在黄鳝(Monopterusalbus)性腺发育过程中的表达情况进行了分析。结果表明:vasamRNA在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期卵母细胞的胞质中均匀分布,在Ⅳ、Ⅴ期卵母细胞中vasamRNA有向胞质外周皮层迁移集中的趋势,但不明显;退化的卵粒也呈现vasamRNA阳性反应;在Ⅲ、Ⅳ期卵巢的被膜中检测到带有vasa阳性信号的细胞,这些细胞可能是待向精原细胞分化、迁移到卵巢被膜上的原始生殖细胞(Primordialgermcell,PGC),在性逆转过程中这些PGC可能由卵巢被膜迁移到精小叶中并发育成精子;在成熟精巢中,vasa在精原细胞和初级精母细胞中表达。进一步采用碱性磷酸酶染色法分析黄鳝卵巢及精巢后发现:在卵巢中,除了卵母细胞外,卵巢被膜中也检测到了带有碱性磷酸酶阳性信号的细胞;在成熟精巢中,只在生殖腺囊内的雄性生殖细胞中检测到碱性磷酸酶,而精巢被膜中没有检测到带有碱性磷酸酶阳性信号的细胞。本研究结果初步表明:黄鳝的雄性生殖细胞可能起源于雌性阶段卵巢被膜中的原始生殖细胞[动物学报51(3):469-475,2005]。

金鱼配子发生中vasa基因的表达和分布特征

用原位杂交技术,以地高辛标记的反义RNA为探针,检测了金鱼(Carassiusauratus)DEAD box家族基因vasa在卵子及精子发生中的分布及表达。结果表明在金鱼卵子发生中,在各个时期的卵母细胞的胞质中均有金鱼vasaRNA的杂交信号表达。在Ⅰ、Ⅱ期卵母细胞中vasaRNA的杂交信号强烈,均匀地分布在整个胞质。随着卵母细胞的生长发育及卵黄的积累,Ⅲ、Ⅳ期卵母细胞胞质中vasaRNA的杂交信号急剧减弱,而外周皮层区域,其阳性信号仍较强。在金鱼精子发生中,在精原细胞和初级精母细胞中可检测到金鱼vasaRNA杂交信号,后者的阳性信号比前者微弱;而精子细胞中没有阳性信号。推测vasa基因在金鱼精子发生早期发挥着重要作用;而在卵子发生中主要作为遗传信息储备物质,用于调控早期胚胎发育过程中原始生殖细胞的形成与分化。

半滑舌鳎Vasa基因cDNA克隆及其在繁殖周期的表达

通过简并引物和RACE技术分离得到了半滑舌鳎Vasa基因的cDNA序列,其全长为2 602 bp,编码包含722个氨基酸残基的蛋白质。半滑舌鳎Vasa在N末端含有5个RGG重复和10个RG重复,具备DEAD-box家族特有的8个保守基序,与东方蓝旗鲔的同源性最高(91%)。利用RT-PCR技术研究了csVasa在性成熟半滑舌鳎中的表达模式。组织分布研究发现,Vasa在半滑舌鳎的卵巢和精巢中表达丰富,心脏中有微量表达;繁殖周期中,卵巢中Vasa的表达量在初级卵黄期和囊泡期要明显高于核周期和退化吸收期;精巢中,Vasa在精子细胞增殖期的表达量要显著高于精子成熟期和精母细胞增殖期。结果表明,Vasa可能在半滑舌鳎的配子发生中起重要作用。

拟穴青蟹vasa基因cDNA的特征分析与性腺特异表达

vasa蛋白属于DEAD家族蛋白,是一种RNA解旋酶,在生殖细胞的分化中具有重要作用。本研究从拟穴青蟹卵巢中克隆得到vasa基因cDNA全长(将其命名为Sp-vasa),Sp-vasa序列长度为2 944 bp,其中开放阅读框(ORF)长度为1 899 bp,编码632个氨基酸,具有DEAD-box家族蛋白的7个高度保守的结构域。半定量RT-PCR结果显示,Sp-vasa只在卵巢和精巢中特异表达,在其它组织则未检测到表达。由此可见,vasa属于拟穴青蟹性腺特异表达基因。因此,Sp-vasa基因可有望作为有效的分子指标研究拟穴青蟹原始生殖细胞的起源、迁移以及生殖腺的发生。

黑脊倒刺鲃vasa同源基因的克隆及表达分析

为了从分子水平上研究鱼类生殖细胞发育的机制,首次从重要的经济养殖鱼类——黑脊倒刺鲃中克隆了斑马鱼vasa的同源基因ScVHG。该cDNA长1962bp,编码654个氨基酸,氨基酸序列中含有DEAD蛋白家族特有的9个保守结构域。经比对发现,其编码的蛋白序列与斑马鱼VASA蛋白等具有高度的同源性,与斑马鱼、罗非鱼、虹鳟、银鲫、黄鳝、金鱼、金枪鱼、草鱼的VASA蛋白相似度分别为77%,77%,79%,90%,74%,89%,79%和86%。RT-PCR结果显示:在成鱼不同的组织中,ScVHG仅在精巢和卵巢中表达。RNA原位杂交结果进一步表明:在精子发生中,ScVHG只在精原细胞中表达,而在后期的精母细胞、精子细胞中均未发现明显的表达;在卵子发生中,ScVHG在卵原细胞和卵母细胞的各个时相中均有表达,在卵原细胞中表达最为强烈,而在随后各时相的卵母细胞中,阳性信号逐渐减弱。研究认为,该基因中含有的保守序列、序列的相似性以及该基因在生殖细胞中的特异性表达等结果均表明,克隆得到的ScVHG是斑马鱼vasa的同源基因,此基因可作为一种有效的分子标记,用于黑脊倒刺鲃以及其他鱼类生殖细胞发育机制的研究。

刺参vasa-like基因克隆及其在组织中的表达分析

vasa基因编码DEAD-box家族成员中一种ATP依赖的RNA解旋酶,在生殖系分化过程中发挥着重要的作用。本研究采用同源克隆和cDNA末端快速扩增技术(RACE),从刺参(Apostichopus japonicus)精巢中克隆得到vasa的全长cDNA序列。该cDNA序列全长2167bp,开放阅读框1593bp,编码530个氨基酸,具有DEAD-box家族蛋白的全部9个保守域。经同源比对和系统进化分析,确定其属于DEAD-box家族的VASA亚家族成员。利用半定量RT-PCR检测,vasa mRNA专一性的在刺参性腺中表达,据此,刺参vasa基因有望用于其生殖系起源和分化的研究。

银鲫种系细胞标记分子Vasa:cDNA克隆及其抗体制备(英文)

种系细胞始自胚胎发育早期,是动物生殖及生殖工程的基础。为研究鱼类的种系细胞提供标记分子,我们克隆并鉴定了银鲫的vasacDNA即Cagvasa。CagvasacDNA全长2771碱基(nt),编码的蛋白为银鲫Vasa即CagVasa,全长701个氨基酸(aa)。CagVasa蛋白与已知Vasa蛋白的结构特征一致:在N端有14个RGG重复序列,在C端Vasa所特有的8个功能域俱全。银鲫Vasa与鲤鱼、斑马鱼、陆生脊椎动物和果蝇的Vasa蛋白分别有95%,89%,61%-66%和50%的同源性。卵巢切片的RNA原位杂交揭示,Cagvasa限于种系细胞,且表达水平呈现出低-高-低的动态变化:即两头低(卵原细胞跟Ⅳ期成熟卵子),中间高(Ⅱ-Ⅲ期卵子)。为分析鱼类种系细胞提供手段,我们用310aa的N端序列产生细菌的重组蛋白来免疫大白兔,获得了抗Vasa的多克隆抗体αVasa。Western免疫印迹表明,αVasa特异性地识别一个鱼类性腺的蛋白,该蛋白的分子量为75kD,仅见于银鲫的性腺和卵子。卵巢切片的组织免疫荧光共聚焦显微分析表明,抗体αVasa只对种系细胞染色:卵原细胞着色最深,卵母细胞和早期的卵子都浓染,成熟卵则浅染。类似情况亦见之于精子发生早期阶段的雄性种系细胞。卵巢和精巢的体细胞则不着色。因此,Cagvasa编码的当是Vasa同源蛋白,为银鲫种系细胞的第一个标记分子。我们的研究表明,抗体αVasa染色灵敏度高,特异性好。

家蚕vasa基因的结构及表达型研究

vasa是决定生殖系发育的重要调控蛋白因子之一,具有广泛的保守性。利用家蚕基因组和EST库的数据资源,分析了家蚕vasa基因的结构,并与已有报道的18个物种的VASA蛋白质的结构域序列进行了比对分析,同时对家蚕vasa基因在家蚕胚胎发育11个时期的表达型及幼虫期8个不同组织的表达特异性进行了验证。结果表明,家蚕vasa基因包含有13个外显子,比果蝇vasa基因的外显子数量(7个)增加了6个,在第3内含子有1个转座子插入；家蚕vasa基因在未受精卵和胚胎发育的各个时期均有表达,但只在幼虫生殖腺中有表达。将家蚕vasa基因的一条cDNA片段用地高辛标记作为探针,对家蚕幼虫的生殖腺及胚胎进行全胚原位杂交,结果进一步表明家蚕vasa基因在幼虫期只在精原细胞、精囊、卵巢管等生殖系相关的细胞和组织中表达,在发育5d胚胎的生殖腺部位也有明显表达。

日本沼虾VASA蛋白的原核表达、抗体制备及其免疫鉴定

Vasa基因具有在性腺中特异表达的特点,在生殖细胞分化与发育过程中起重要作用。从日本沼虾精巢cDNA中克隆了vasa基因的阅读框,连接到pET-32a载体,构建重组表达质粒pET32a-vasa,转化大肠杆菌BL21,经IPTG诱导融合表达,表达产物经SDS-PAGE分析表明,融合蛋白主要以包涵体形式存在,分子量约85ku,表达量约占包涵体总蛋白的48.7%,Western-blotting检测表明,融合蛋白可特异地被anti-HIS标签抗体识别。用Ni2+-NTA纯化后的融合蛋白免疫家兔,制备获得多克隆抗体,ELISA显示该抗体效价达1∶160000,Western免疫鉴定显示该抗体不仅能识别融合蛋白,而且也能识别日本沼虾性腺粗提液中的内源性VASA蛋白,免疫组化进一步显示,VASA蛋白主要分布在卵母细胞核周围和精原细胞质中,成熟精子中无信号,暗示VASA在日本沼虾生殖细胞发育分化过程中扮演重要角色。

半滑舌鳎vasa调控区的克隆、表达载体构建及其驱动活性检测

为研究半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)vasa(Csvasa)基因调控区的功能,在已克隆的Csvasa基因编码序列的基础上,采用基因组步移和PCR扩增的方法克隆得到Csvasa调控区,通过生物信息学方法分析vasa基因5′区,并构建了含Csvasa基因调控区的绿色荧光蛋白(GFP)表达载体(p Csvasa-GFP-T),进一步通过显微注射技术初步验证调控区的驱动活性。结果表明,通过基因组步移和PCR扩增获得Csvasa 5′区5 166 bp和3′区1 655 bp,利用在线生物信息学软件对5′区序列进行分析,发现在转录起始点上游26 bp处存在保守的TATA框,以及潜在的转录因子结合点如SRY、Oct-1、Sox-5、CREB、GATA、AP-1、C/EBP、Sp-1、c-Myc、HNF、NKX2-5、V-Myb等。通过显微注射技术,将所构建的p Csvasa-GFP-T表达载体注射于青鳉(Oryzias latipes)受精卵并进行培养观测,发现Csvasa调控区能够驱动GFP在青鳉胚胎内表达,荧光表达率为81%。将有荧光的胚胎培养为成鱼,检测外源基因的整合率为11.5%。这些结果为进一步研究半滑舌鳎原始生殖细胞(PGCs)的标记、追踪和操作研究以及半滑舌鳎的性别控制等奠定了基础。

Vasa基因在斑马鱼不同发育时期的mRNA表达分析

Vasa基因在果蝇中首次报道后,作为不同物种早期原始生殖细胞(PGC)标记基因被普遍接受。但对其研究都集中于早期胚胎,对性腺分化及成熟时期的Vasa表达及功能少有研究。RT-PCR结果显示,Vasa基因在整个发育阶段的表达量先上升再下降。荧光定量PCR结果显示,在同一发育时期,精巢、卵巢表达量基本一致,卵巢略高于精巢。mRNA原位杂交显示,Vasa基因早期在斑马鱼生殖干细胞特异表达,随后在精巢表达于精原细胞和初级精母细胞,在卵巢表达于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ时相卵母细胞。研究结果有助于鉴定斑马鱼生殖干细胞和进一步研究性分化和逆转的细胞机制。

硬骨鱼中vasa基因的研究

vasa基因编码一个DEAD-box家族的ATP依赖性RNA解旋酶,最早在果蝇中发现。在绝大多数的脊椎动物和非脊椎动物中,vasa基因的杂交信号仅在生殖细胞系中特异性表达,因此它可以作为一种分子标签,广泛用于性腺发生、配子发生、原生殖细胞(primordial germ cells,PGCs)的起源、迁移、分化等方面的研究。综述了国内外有关硬骨鱼类vasa基因结构,表达与功能等方面的研究报道,并对其应用前景作了展望。

日本沼虾DEAD-box家族基因vasa和PL10的克隆及其在卵巢发育过程中的表达

vasa和PL10同属于DEAD-box基因家族,具有依赖ATP的RNA解螺旋酶活性。本研究中,克隆了日本沼虾DEAD-box家族的两个成员,分别为vasa(Mnv-asa)和PL10(MnP-L10)。其中Mn-vasa全长2 408bp,包含1 803 bp的开放阅读框,编码601个氨基酸;Mn-PL10全长2 607 bp,包含2 127 bp的开放阅读框,编码709个氨基酸。成体组织的组织检测表明,Mnv-asa仅在性腺中表达,而Mn-PL10在性腺和其他器官中均有表达。Mn-vasa和MnP-L10在卵巢的原位杂交结果显示:Mn-PL10和Mnv-asa都在卵黄发生前期,卵黄发生期的早期和中期表达,而在卵黄积累末期不表达,但Mn-PL10在卵黄发生中期定位于卵母细胞的两端,而Mn-vasa则是均匀的分布在卵母细胞细胞质中。

孕前砷暴露对F1代新生鼠睾丸发育和vasa基因表达的影响

目的本实验主要探讨孕前砷暴露对F1代新生鼠睾丸发育和vasa基因表达的影响。方法将24只雌性SD大鼠随机分为3组(n=8),通过灌胃方式建立砷染毒模型后,"一代一窝"繁殖试验技术获得后代。统计新生鼠的数量并称重,镜下观察睾丸组织结构并测量生精索直径及索间面积,实时荧光定量PCR和免疫组织化学法检测新生鼠睾丸组织vasa mRNA和vasa蛋白表达。结果与对照组(0.9%Na Cl)比较,高剂量组(1.5 mg/kg/d As_2O_3)新生鼠的出生数、活胎率和新生鼠平均体重都在显著降低,有统计学差异(P<0.05);与对照组比较,中剂量组(0.75 mg/kg/d As_2O_3)生精索直径变窄和索间面积变宽,有统计学差异(P<0.05),高剂量组生精索直径变窄和索间面积变宽程度加剧,差异极显著(P<0.01);与对照组比较,中剂量组、高剂量组的vasa mRNA和vasa蛋白表达量显著下降(P<0.01);与中剂量组比较,高剂量组vasa mRNA表达量明显下降(P<0.05),vasa蛋白表达量显著下降(P<0.01)。结论随孕前染砷剂量的增加,F1代新生鼠生精索直径变窄,索间面积增大,vasa mRNA和vasa蛋白表达量降低。因此,孕前砷暴露对新生鼠睾丸发育产生一定抑制作用。

中华鳖vasa基因克隆及在卵母细胞中的表达分析

研究利用中华鳖为研究模型进行爬行类生殖细胞发育分化成熟等生物学研究,克隆了中华鳖vasa基因的c DNA序列,全长3865 bp,包括5′端非编码区90 bp,3′端非编码区1699 bp,开放阅读框长2076 bp,共编码691个氨基酸。中华鳖Vasa氨基酸序列包含DEAD-box家族蛋白8个保守保守功能域,在N末端有4个RGG重复序列和2个GG富集区,与小鼠Vasa蛋白的同源性较高(72%)。荧光定量PCR的结果表明,中华鳖vasa m RNA主要精巢和卵巢中表达,其他体组织中均难检测到表达。卵巢冰冻切片原位杂交结果显示:中华鳖vasa m RNA在生殖细胞中特异表达;在卵子发生过程中的不同发育期卵母细胞中呈现动态的变化。即vasa m RNA在初级卵母细胞及生长期卵母细胞中表达最强,且均匀分布在细胞质中,随着卵母细胞的逐渐增大,信号逐渐减弱,直至在成熟的卵母细胞中几乎检测不到表达信号,说明vasa可能在中华鳖早期卵母细胞发育中起重要作用。同时,vasa基因可作为中华鳖生殖细胞分子标记物,根据其m RNA的表达水平来鉴别不同发育时期的卵母细胞。研究结果为进一步开展中华鳖胚胎生殖细胞发育及配子生成,特别是研究中华鳖,乃至爬行类原始生殖细胞(Primordial Germ Cells,PGCs)的起源、迁移、分化等研究奠定了基础。

家蚕vasa样基因表达的可变剪接

VASA样蛋白是决定生殖系发育的重要调控蛋白因子之一,具有广泛的保守性,因此vasa的表达被认为是生殖细胞中最可靠的分子标记。为研究家蚕vasa样基因(Bombyx mori vasa-like gene,Bmvlg)的基本结构特征,通过RT-PCR从家蚕雄性性腺组织中获得了4个不同长度的BmvlgcDNA片段。经克隆分析,其中一个完整的BmvlgcD-NA全长1 806 bp,编码全长601个氨基酸的家蚕VASA样蛋白,该蛋白的结构特征与已知同源VASA样蛋白的结构特征基本一致;另3个不同长度的BmvlgcDNA均有各自的起始密码子和终止密码子。推测Bmvlg基因可能存在着多种可变剪接。

真鲷(Pagrus major)vasa基因5′端启动子克隆及表达载体构建

采用染色体步移(Genome walking)的方法克隆了真鲷vasa基因5′侧翼序列,采用生物信息学方法分析潜在的顺式作用元件,并与斑马鱼核心启动子进行比对,在此基础上构建了绿色荧光蛋白表达载体。序列分析结果显示:克隆得到的真鲷vasa基因5′侧翼序列序列长度为2762bp,其中包括TATA-box、CAAT-box、SP-1、GAGA-1、OCT-1、v-Myb、Sox-5、SRY、HNF等可能对vasa基因转录调控起重要作用的顺式作用元件。潜在的核心启动子区与斑马鱼核心启动子具有同源性(61.1%),推测可能对转录调控具有重要的作用。采用PCR方法扩增起始密码5′侧翼全长片段,连接入去除CMV启动子的绿色色荧光蛋白载体,最终成功构建真鲷vasa基因5′侧翼表达载体,为进一步研究分析启动子效率和绿色荧光蛋白在PGCs中的特异表达提供了基础。

单环刺螠Vasa基因的早期发育表达图式

Vasa基因编码DEAD-box家族成员中一种ATP依赖的RNA解旋酶,是决定生殖系发育的重要调控因子之一。采用同源克隆策略及SMART-RACE技术,克隆了海洋经济螠虫动物单环刺螠Vasa基因的全长cDNA,该序列长4 080 bp,开放阅读框2 322 bp,编码733个氨基酸,具有DEAD-box蛋白家族共有的全部9个保守域。整体原位杂交和半定量RT-PCR结果显示,Vasa基因在未受精卵、受精卵、2～8细胞的早期胚胎中均有明显的表达,显示其母源性提供的特点;从囊胚开始,表达量明显降低,在原肠胚表达信号主要集中在内中胚层细胞中;至担轮幼虫,表达信号进一步集中在消化道处;当发育至体节幼虫时,阳性细胞分布于消化道和体节的隔膜处,进入蠕虫状幼虫,信号仅在头部的腹刚毛附近以及后肠周围的细胞中表达。实验结果为探知刺螠动物生殖系的起源和分化以及低等型生殖腺的发生提供重要的数据。