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胰腺的内、外分泌细胞均由表达pdx1(pancreatic-duodenal homeobox1)基因的祖细胞分化而来,然而人们对调控内、外分泌细胞分化和增殖的分子机制却了解甚少,尤其是对外分泌细胞。
斑马鱼是进行遗传学和发育生物学研究的理想模式脊椎动物。本实验室的研究方向之一是斑马鱼胰腺发育的分子机制,研究策略之一是通过各种全基因组范围的大规模遗传筛选鉴定出一批在胰腺中特异表达的新基因或影响胰腺发育的突变体,并对它们进行基因表达、突变表型、基因功能与作用机制等一系列分析。本论文采用的研究策略是对来自美国加州大学洛杉矶分校林硕实验室的一个源于gata2:GFP转基因鱼系的cDNA文库通过原位杂交进行新基因的筛选,然后根据特定基因的mRNA表达图谱挑选感兴趣的基因进行更深入的研究。
从20,000个cDNA克隆中,筛选得到了42个功能未知的候选基因。通过进一步的原位杂交实验,发现了一个全新的外分泌细胞增殖与分化的决定基因,据此命名为exdpf。(exocrine diffrentiation and proliferation factor),这个基因在斑马鱼胰腺外分泌祖细胞和已经分化的外分泌细胞中有特异的表达图谱。
向斑马鱼胚胎中注射反义吗啉代寡核苷酸(morpholino)敲低exdpf的表达,会引起外分泌腺标志基因表达的完全缺失或严重减弱,但是并不影响内分泌腺的发育。造成这一表型的原因是由于细胞增殖受阻,而非凋亡的增多。实时荧光定量PCR结果显示,在exdpf morphants(注射了morpholino的胚胎)中,细胞周期抑制因子p21Cip、p27Kip和cyclin G1上调,从而导致细胞增殖受阻。相反,过量表达exdpf则使胰腺外分泌腺扩大,而内分泌细胞严重减少,这暗示exdpf对内分泌细胞的分化有抑制作用。
本论文还证明,exdpf是Ptfla(Pancreatic transcription factor1,alpha subunit;胰腺外分泌腺形成的关键调控因子)直接作用的靶基因:在exdpf的启动子和内含子区域中发现三个Ptfl的保守结合位点,荧光素酶检测实验证明Ptfla能够显著增强exdpf启动子的转录活性;在ptfla morphants中,exdpf在胰腺的表达消失,而在松果体的表达则没有受到影响;在ptfla表达受到抑制的胚胎中,过表达exdpf可以使缺失的胰腺外分泌腺恢复形成。
RA(retinoie acid)是诱导胰腺发生所必需的信号分子,遗传学实验证明expdf作用于RA的下游。敲低exdpf的表达导致外源RA处理后外分泌腺无法异位生成;另一方面,注射exdpf mRNA能够部分挽救DEAB(diethylaminobenzaldehyde,RA信号通路的抑制剂)处理后胰腺外分泌腺缺失的表型;外源RA处理能够诱导exdpf在预定胰腺形成区域的前方异位表达,其表达的范围与外分泌腺的标志基因trypsin一致。
exdpf基因的发现对于深入了解调控胰腺外分泌腺分化和增殖的分子机制有重大意义.exdpf基因在哺乳动物中高度保守,在人类的几种癌症中的表达均上调,这暗示它很可能对癌症的发生有一定的作用。