机械应力与斑马鱼肌间骨发育的相关性初探

来源 :湖南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sz_ydz
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肌间刺(IntermuscμLar bones,IBs)又称肌间骨,位于椎骨两侧的肌间隔中,由肌隔结缔组织骨化而成。低等真骨鱼类普遍存在肌间骨,大多数鲤科鱼类中存在三类肌间骨:髓弓小骨、椎体小骨、脉弓小骨。近年来关于鱼类肌间骨的研究大多数集中在肌间骨的形态结构和发育的描述上,关于肌间骨发育的分子机制的研究较少。在脊椎动物中,有证据表明机械力影响骨骼的诱导、生长和维持。已有研究报道鱼类自身的运动方式与其肌间骨发育顺序具有相关性。例如鳝鱼和鳗鱼等利用身体前部的肌肉收缩带动头部摆动从而使身体向前运动的鱼类的肌间骨是从头部向后骨化的;而斑马鱼(Daniorerio)、鲢(Hypophthalmichthys molitrix)和团头鲂(Megalobrama amblycephala)等利用尾部摆动驱使身体向前的鱼类的肌间骨是从后往前骨化的。斑马鱼的运动在个体发育的早期就开始了,在这些行为期间产生的机械应力可能会影响随后的骨骼发育。在小鼠中,Fos B的剪接体Δ2ΔFosB的表达导致骨硬化,并且成骨细胞标记基因Runx2的表达也增加。在斑马鱼中,微重力降低了Fos B的表达,而适度的超重导致Fos B的表达增加。这些研究指向一个由FOS-Jun因子成员组成的中心网络。Fos B基因,特别是其剪接体Δ2ΔFosB脊椎动物的骨骼在机械应力诱导下发生骨化。在哺乳动物中对骨骼发育的研究结果给我们启示,在鱼类的肌间骨发育过程中ΔFosB是否也有相似的作用呢?因此,利用模式动物斑马鱼,我们探索了这样一个假设,即机械力最终可能通过修改机械响应分子路径来导致肌间骨的产生。本论文探讨了斑马鱼骨骼发育是否受到运动方式的影响,在改变机械应力的情况下FosB基因的表达是否发生改变,从而将机械应力与相关的FosB基因联系起来,共同探究斑马鱼骨骼发育情况。本次研究从记录斑马鱼发育过程,运动方式的改变,基因在各个时期的表达量,免疫荧光,基因敲除等方面初步探究斑马鱼FosB基因对骨骼发育的调控机制,主要研究结果如下:1本次研究利用成骨细胞特异性转录因子绿色转基因荧光蛋白(Osterix GFP)斑马鱼品系(cy25)来观察骨骼发育过程,并记录斑马鱼在正常的生存环境下肋骨和肌间刺发育的情况。2在改变水的流速情况下观察斑马鱼骨骼发育。发现在应力状态下,斑马鱼肌间刺发育和鳞片发育相比于对照来说,肌间刺发育提前三天,鳞片发育提前两天。3提取斑马鱼骨骼发育各个时期的RNA,在骨骼发育各个时期通过荧光定量PCR技术确定Fos B基因五个剪接体的表达量,发现在肋骨发育前期表达量最高,随后表达量下降,但在肌间刺发育中期表达量又开始上升。而通过对应力作用下斑马鱼FosB基因的表达量分析发现在运动量加大的情况下,剪接体的表达量显著提高。4取肌间刺发育中期的斑马鱼,通过对斑马鱼整鱼做免疫荧光和组织切片免疫荧光发现FosB基因蛋白表达位置,基本集中在骨骼周围和鳞片上。5利用基因敲除技术将FosB基因敲除,发现敲除的杂合体肋骨发育出现缺失。这提示FosB基因对斑马鱼骨骼发育起到一定的作用。6利用过表达相关研究探究骨骼发育相关情况,发现在注射了过表达质粒之后,斑马鱼出现不同程度的畸形,并且不能发育成完整的个体。综上所述,本次研究从斑马鱼正常状态下和机械应力状态下骨骼发育的对比研究,发现机械应力明显影响斑马鱼肌间骨的骨化。并且通过分析FosB基因剪接体的在各个时期的表达量分析,通过免疫荧光检测确定FosB基因在斑马鱼骨骼位置表达,通过基因敲除确定FosB基因影响了斑马鱼骨骼的发育过程。本研究从上述几个方面探究了FosB基因对斑马鱼骨骼发育的影响,为鱼类骨骼发育及肌间刺的发育打下基础,为硬骨鱼类骨骼发育提供理论依据。
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