Tmem181 在小鼠颅面部发育过程中的功能研究

Craniofacial defect (including cleft lip and/or palate) is a common birth defect, consisting of approximately 75% of birth defects worldwide. Seeking crucial genes for craniofacial development and investigating their functions, will help us reduce the problem of newborn with craniofacial defect. Tmem181 is a transmembrane protein whose function is unclear. Our preliminary study shows that knockdown of cellular Tmem181 leaded to inhibition of Wnt signaling activity, and that Tmem181 interacted with Wnt3, suggesting that Tmem181 is a novel regulator of Wnt signaling pathway. In addition, we found that Tmem181 was expressed in developing craniofacial tissues of mouse embryos and that conditional knockout of Tmem181 leaded to a hypoplastic mouse face. Thus it is reasonable to deduce that Tmem181 is involved in mouse craniofacial development as a potential regulator of Wnt signaling pathway. In this project, we will investigate the function of Tmem181 in the mouse craniofacial developmental process and the intrinsic molecular mechanism. This study will provide novel insight into both the regulatory mechanism of vertebrate craniofacial development and that of the Wnt signaling pathway.

颅面部发育畸形（包括唇/腭/唇腭裂等）是常见新生发育缺陷，大约占新生儿出生缺陷总数的75%。寻找颅面部发育的重要调控基因，并研究其在颅面部器官发育中的功能将有助于减少颅面部出生缺陷。Tmem181是一个功能还不清楚的跨膜蛋白，我们前期研究发现，下调细胞中Tmem181的表达水平会导致Wnt信号通路活性明显下调，并且Tmem181可以和Wnt3a在细胞内形成蛋白复合体，这就提示Tmem181是一个新的Wnt信号通路的调控蛋白；此外，Tmem181在小鼠颅面部发育过程中有表达，并且条件性敲除Tmem181会导致小鼠颅面部发育畸形。因此，我们推测Tmem181很可能作为一个Wnt信号通路的调控因子参与了颅面部的发育过程。本项目中，我们将深入研究Tmem181在小鼠颅面部组织器官发育过程中的功能以及分子机制，力争为哺乳动物颅面部发育以及Wnt信号通路调控机制的研究提供新方向。

颅面部发育畸形（包括唇/腭/唇腭裂等）是常见新生发育缺陷，占新生儿出生缺陷总数的大约75%。近年来通过人类大规模遗传学研究以及小鼠模型，已经发现了大量和颅面发育缺陷相关的基因，然而，还有很多造成颅面发育缺陷的基因还不清楚。在本项目中，我们研究了Tmem181在颅面部发育中的功能和分子机制。Tmem181是含有Wnt结合结构域一个跨膜蛋白，在本项目中，我们研究发现，Tmem181可以和多种经典和非经典Wnt配体形成蛋白复合体，并且Tmem181的N端127-172个氨基酸是Tmem181和Wnt结合必需的。在细胞中干扰Tmem181的基因表达水平会导致Wnt信号通路靶基因的表达显著下调，经典Wnt信号通路的核心蛋白β-Catenin的水平和非经典Wnt信号通路JNK的磷酸化水平下调。双荧光报告素酶实验发现Tmem181水平下调会导致细胞自发性的Wnt信号通路活性显著下调，但是Tmem181水平下调对细胞接收外界Wnt信号的影响比较微弱。此外，在信号产生细胞中下调Tmem181的水平会导致信号接受细胞中的Wnt信号通路下调，这提示Tmem181很可能可以调控Wnt的分泌。进一步发现Tmem181在高尔基体上有定位，并且在细胞中下调Tmem181水平会导致Wnt在细胞中的滞留以及在高尔基体的聚集。我们使用原位杂交发现，Tmem181在小鼠的胚胎早期（E7.5，E8.5）有大量表达，在颅面部发育过程中也有表达，并且Tmem181在颅面器官发育中上皮组织表达较多，在发育中的脑也有表达。使用Tmem181敲除小鼠进行研究发现，Tmem181敲除会导致小鼠颅面发育畸形以及漏脑等发育缺陷型。TUNEL实验提示Tmem181敲除会导致小鼠颅面细胞异常死亡。此外，我们发现Tmem181的敲除会导致小鼠组织Wnt信号通路活性下调。我们还构建了Tme181过表达小鼠进行研究，未发现过表达小鼠有发育缺陷型，同时体外实验发现Tmem181过表达对Wnt信号通路影响不大，我们猜测可能Tmem181调控Wnt分泌可能需要其他共同作用的分子或者过表达增加的Wnt数量不足以过度激活Wnt信号通路。综上所述，本项目中，我们对Tmem181在小鼠颅面部组织器官发育过程中的功能以及分子机制进行了研究。