Nodal信号调控microRNA表达的分子机制及其在斑马鱼中内胚层发生中的功能研究

Nodal信号通路在中内胚层发生中起着重要作用。在斑马鱼中，有两个Nodal的同源基因，cyclops和squint。同时突变cyclops和squint基因的胚胎，内胚层不能形成，而且缺失头部和躯干部分的中胚层。microRNAs对脊椎动物发育非常重要，已有研究表明，miR-430可以分别靶向squint和lefty，调控发育过程中的Nodal信号，使斑马鱼发育能够正常进行。microRNAs的表达和胚胎早期发育过程紧密相关，跨膜信号调控microRNAs表达的分子机制及其在发育中的功能却所知甚少。本项目将鉴定Nodal信号所调控的microRNAs，分析其调控microRNAs表达的分子机制，并深入研究这些microRNAs在斑马鱼中内胚层发生过程中的功能，建立Nodal信号通过microRNAs所形成的基因调控网络，从而深入了解Nodal信号诱导中内胚层发生的机理。

在生物体发育过程中，microRNA通过转录后修饰、调控基因的表达，参与发育进程的各个方面。有研究表明，发育相关信号可以调控microRNA的表达。因此，我们通过microRNA表达芯片技术鉴定了一批斑马鱼发育过程中受Nodal信号调控的microRNAs。结果表明，在原肠期，大部分microRNA的表达水平较低，只有mir25，mir92b，mir203a，mir203a和mir206表达水平较高，且受到Nodal信号调控。利用整胚原位杂交对上述结果进一步证实，mir206 受到Nodal 信号上调。. 我们发现mir206 是母源基因，在MBT（母源向合子期转化）期，mir206的表达开始降低，推测可能此时存在mir206 的清除机制。原肠期，mir206 的表达量逐渐增加。在斑马鱼胚胎中过量表达mir206或敲低mir206基因的表达都会特异性地导致胚胎前后末端之间的角度增加，脊索标记基因ntl (no tail)、脊索前板标记基因hgg1 (ctsl1b)和外胚层标记基因dlx3b(distal-less homeobox gene 3b)的表达量均没有明显变化，但表达图式都呈现出沿前后轴变短、左右轴变宽的趋势，表明汇聚延伸运动出现严重缺陷。进一步的研究表明，mir206是通过细胞自主性和非细胞自主性两种方式来影响汇聚延伸运动的。在斑马鱼胚胎中过量表达或敲低mir206基因，都使细胞膜突触的形成和F-actin聚集显著下降，从而影响细胞运动。通过生物信息学分析和体内、体外实验，我们证明mir206靶向prickle1a。遗传互作实验证明mir206靶向prickle1a，调节JNK2磷酸化，进而影响斑马鱼的汇聚延伸运动。本研究首次证明mir206是斑马鱼体轴建立过程中汇聚延伸运动所必须的。它直接靶向非经典Wnt信号通路中的关键组分prickle1a，调节MAPK JNK信号，影响胚胎早期发育过程中的细胞运动。. 通过此项目的部分资助，我们还发现miR-92a在神经脊干细胞中有特异的表达。Bmp信号的抑制性分泌型蛋白Noggin3是miR-92a的靶基因。miR-92a失活，使得noggin3转录产物稳定性增高，致使Bmp信号被抑制和软骨前体细胞增殖停滞，向软骨细胞的分化也被抑制。相关结果发表后再进一步汇报。