斑马鱼胚胎第一次卵裂过程中胞内钙信号的研究

钙离子作为广泛存在的细胞内信使物质,在动物胚胎早期发育过程中扮演重要角色.为了研究钙离子在斑马鱼胚胎发育过程中的空间分布和浓度变化,采用Fluo-4和Indo-1作为钙离子指示剂,利用激光共聚焦和双波长荧光比例成像技术,对斑马鱼胚胎第一次卵裂过程中的钙信号进行了详细的跟踪观察.在第一次卵裂过程中,斑马鱼胚胎的动物极顶端首先出现高钙斑,然后在分裂沟部位出现高浓度的钙信号,这一信号在卵裂过程中持续存在.利用Indo-1双波长荧光比例成像对上述过程中钙离子的时空分布进行了定量测定,表明,胞内钙离子在卵裂开始之前是均匀分布的,随着分裂沟的出现,其附近区域的钙浓度显著升高,而胞内其他区域的钙浓度则保持不变.双波长荧光比例成像排除了荧光染料分布不均匀造成的干扰,为钙信号与胚胎分裂的密切关系提供了确凿的定量依据.

心肌细胞钙波随机性研究

钙波作为一种胞内的钙释放通道相互触发而产生的连锁反应广泛存在于多种细胞.在心肌中,由于与心律失常的发生有关,心肌细胞中的钙波近年来引起广泛关注.为了在微观上研究钙波的产生和传播过程,利用激光共聚焦钙成像技术对心肌细胞中的钙波进行了成像.实验和分析发现,钙波的起始是钙火花连续随机募集的过程,因此正常细胞中钙波发生概率很低.钙波传播过程中相邻位点开放的时间间隔接近正态分布,显示传播过程具有较大的随机性.且钙波速度越慢,位点间时间间隔的离散度越高.为了进一步研究这种随机性产生的内在机制,构建了一个数值模型对心肌细胞中的钙波进行模拟.研究证明,钙释放位点开放的随机性能够完整地解释实验中观察到的钙波传播的随机行为.实验分析和数值模拟相互印证,首次明确证明,钙波起始和传播过程的随机性,并揭示了该随机性与钙释放位点开放概率的关系.

Junctophilin-2表达下调介导心肌细胞兴奋—收缩耦联结构与功能的重塑

目的阐明横管(T-tubule,TT)与肌质网(sarcoplasmic reticulum,SR)耦联关键蛋白junctophilin-2(JP2)的表达下调对心肌细胞二联体超微结构以及兴奋-收缩耦联功能的影响。方法通过构建JP2特异性shRNA腺病毒敲减成年大鼠心肌细胞中JP2的表达后,采用透射电子显微镜观测心肌细胞横管和肌质网二联体结构的形态变化,并进一步采用全细胞膜片钳结合激光共聚焦钙成像技术检测心肌细胞兴奋收缩联联功能的变化。结果通过腺病毒敲减心肌细胞JP2表达后,心肌细胞内总TT数目、TT与SR耦联的二联体结构数目以及单个耦联子内耦联SR的TT长度占TT周长的百分比均显著降低;与此同时,JP2表达下降后心肌细胞钙瞬变幅度降低,收缩功能减弱,表现出与心力衰竭类似的表型。结论心肌细胞JP2表达下降引起心肌细胞兴奋-收缩耦联结构与功能的损伤,为心力衰竭病理情况下心肌细胞结构与功能的调控机制提供了直接有力的实验证据。