论文部分内容阅读
脊椎动物胚胎中Bmp信号沿腹背轴线形成一个活性梯度，即p-Smad1/5/8浓度梯度，成为背腹分化中的一个关键形态素。本研究以斑马鱼为模式系统，重点探讨原肠胚中如何建立和维持Bmp信号活性梯度。早期胚胎背腹分化中，Bmp信号活性梯度的形成主要依赖于Bmp配体蛋白和其拮抗因子的产生。然而，目前并不清楚胚胎中Bmp蛋白及其拮抗因子的真实分布状况。在斑马鱼胚胎背腹分化中起主要作用的Bmp是Bmp2b，其拮抗因子是Chordin（Chd）。本研究通过利用特异性抗体进行免疫荧光染色，揭示了Bmp2b和Chd蛋白在原肠作用前后的分布。在早期原肠胚中，Bmp2b在组织中心以外区域呈现腹部到背部、由高到低的分布，但在组织中心又有富集；Chd沿整个背腹轴线呈现由高到低的梯度分布，它可以抵达最腹部区域，说明是远距离扩散蛋白；p-Smad1/5/8形成从腹部到背部、由高到低的梯度分布，也存在于组织中心细胞的核中。在胚胎中敲降chd的表达，早期原肠胚中Bmp2b蛋白水平从腹部到背部都显著上升，p-Smad1/5/8主要在背部增多使其梯度的陡度变平缓，说明Chd对于形成合适的Bmp信号活性梯度确实是必需的。早期原肠胚背部组织中心表达Bmp2b，但其功能未知。本研究在胚胎背部特异表达Bmp受体突变体tBr以干扰组织中心Bmp信号转导，发现早期原肠胚整个腹背轴线上Bmp2b蛋白水平和p-Smad1/5/8浓度下降，表明背部组织中心的Bmp信号对于胚胎中整体Bmp信号活性有重要贡献。在组织中心Bmp信号受干扰后，chd基因的表达区域在原肠作用开始后向腹部大幅度扩展，整个胚胎的Chd蛋白水平也显著上升，说明组织中心的Bmp2b的作用之一是抑制chd基因的转录。进一步研究发现，chd启动子上存在Smad1/5结合位点，这些位点在胚胎中可以被Smad1结合，是响应Bmp/Smad信号的抑制作用所必需的，这些结果表明Bmp/Smad对chd转录的抑制作用是直接的。特异性抑制组织中心Bmp信号可使原肠胚和咽囊胚期胚胎背部化，表明原肠胚组织中心的Bmp信号在早期背腹图式形成和之后的背腹组织发育中发挥了作用。基于腹部Bmp和背部Bmp这双重Bmp信号源，数学模拟建立整体Bmp活性梯度的“反应-扩散”动力学模型，同样揭示了背部Bmp信号源（Bmp2b）对于早期原肠胚中整体Bmp2b浓度梯度的形成和维持具有重要作用。