Kruppel-like factor 4 (Klf4)在非洲爪蟾胚胎发育中的功能研究

动物个体是由受精卵经过复杂的细胞分化过程而形成。在个体形成过程中，第一个重要步骤是外胚层、中胚层和内胚层这三个胚层的分化，进而由三个胚层分化出各种组织和器官。迄今的研究已经对脊椎动物胚层的形成的一些重要过程有了较多的研究和认识。但仍有许多未解之谜。在哺乳动物胚胎干细胞中，转录因子Kruppel-like factor 4 (Klf4)在维持胚胎干细胞的多能性和人工诱导多能性干细胞等方面至关重要。说明Klf4在调控细胞的分化方面起重要作用。但迄今对Klf4在早期胚胎发育尤其是在胚层形成中的作用及作用机制尚无了解。已知在非洲爪蟾中存在Klf4的同源因子，由于非洲爪蟾胚胎的易操作性，因而本项目拟利用非洲爪蟾为模式动物研究Klf4在早期胚胎发育过程中的功能及其分子机制。促进对胚胎发育过程中调控机制的理解。由于Klf4在胚胎干细胞中的重要作用，因而研究成果对胚胎干细胞的研究也具有重要的借鉴价值。

Klf4是Kruppel-like factors家族的转录因子，在干细胞生物学中扮演重要角色。然而，其在胚胎发育过程中的功能尚不为人所知。在本项目中，我们详尽地研究了非洲爪蛙Klf4在胚胎发育中的功能和机制。非洲爪蛙胚胎发育过程中Klf4既有母源转录，又有合子转录。在胚层分化过程中，Klf4呈现普遍表达。Klf4既能够以Nodal/Activin信号依赖的方式又能够以不依赖于Nodal/Activin的方式促进内胚层的分化。此外，Klf4通过调节在Spemann organizer表达的一部分基因的转录来调节胚胎前－后（背－腹）体轴的形成。这些被Klf4调节的基因包括 Noggin、Dkk1和Cerberus，它们编码的分泌蛋白负责诘抗腹部化信号Nodal、Wnt和BMP信号通路。Klf4功能敲降导致胚层分化失败、早期胚胎细胞对诱导信号比如Nodal/Activin失去感受性以及负责体轴形成的基因的转录受到抑制。因此，Klf4在胚层分化和体轴形成过程中起到不可或缺的作用，它能够使早期胚胎细胞获得对分化信号的感受性。本研究首次比较详尽地揭示了Klf4在早期胚胎发育中的功能，发现了胚层分化和体轴形成的新机制，具有十分重要的理论意义。