从转录组和蛋白组水平研究蝾螈肢体再生中细胞分化的途径和方式

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蝾螈具有很强的再生能力。当在蝾螈右前肢上部的下1/3处切断后1-2d,创口周边的表皮细胞向创口表面迁移,覆盖创口形成单细胞层表皮,再通过细胞增殖形成顶端外胚层帽(apical ectodermal cap)。在随后的几天里,顶端外胚层帽下软骨细胞、肌细胞、神经髓鞘细胞等发生去分化作用而成为间充质细胞,构成再生胚基(regenerationblastema)。断肢后7d,伤口由上皮覆盖,完全愈合,局部已有枝芽形成。断肢后14d,未分化的间充质细胞进一步增殖分化。断肢后21d表皮逐渐增厚。断肢后28d,软骨形成。断肢后63d,形成比较完整的再生肢体。由上可见,细胞分化是蝾螈肢体再生的关键所在,其过程涉及多种基因/蛋白,了解其调节途径和方式,是揭示机理的必要环节。为此,建立蝾螈肢体再生模型,用大鼠全基因组基因表达谱芯片Rat Genome2302.0定性、定量分析蝾螈右前肢切除后0h、2h、8h、1d、2d、4d、5d、6d、12d、20d和28d再生肢体的基因种类和表达丰度,并根据基因表达丰度计算ratio值,发现6742个基因的ratio值大于对照三倍,1956个基因的ratio值小于对照三倍,362个基因在有的时间点上调/有的时间点下调,三项合计9063个基因。用荧光差异双向电泳(DIGE)结合质谱(MS)检测定性、定量蛋白质种类和表达丰度,根据蛋白表达丰度计算ratio值,发现1331种蛋白的ratio值大于对照两倍,119种蛋白的ratio值小于对照两倍,39种蛋白在有的时间点上调/有的时间点下调,三项合计1489种蛋白。查GO注释表明,这些基因/蛋白涉及信号传导、细胞分化等33种生理活动。其中,560个基因和44种蛋白参与细胞分化信号通路构成,1985个基因和353种蛋白参与细胞分化。最后,用网络原理和方法解析基因/蛋白表达变化预示的生理活动(Ep(t)值)发现,蝾螈肢体再生中BCC、CRH、CXCR4、GnRH、GPCR和IL-1等6条通路的信号传导活动(Ep(t)值)显著强于对照,其调节的皮肤、肌肉、神经、软骨和骨细胞分化活动也于相应时间显著强于对照,表明这些信号通路促进细胞分化和皮肤、肌肉、神经、软骨与骨重建。综上所述,采用生物高通量技术检测蝾螈肢体再生中相关基因/蛋白的表达丰度,生物信息学和系统生物学方法分析了蝾螈肢体再生中相关基因/蛋白及其表达变化预示的生理活动强弱,网络分析方法分析了蝾螈肢体再生中基因/蛋白的作用机理,为进一步探讨蝾螈肢体再生机理提供了资料。
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