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目的: 机体以时间为周期表现出规律性、节律性的活动变化称作生物节律,该节律参与调控基因的表达。生命活动的昼夜节律表现为24h变化周期,普遍认为中枢下丘脑视交叉上核调控昼夜节律的周期性。分子钟存在于生物体几乎所有的细胞,包括核心钟基因BMAL1、CLOCK、Per1/2和Cry1/2。作为主要调节因子,BMAL1与CLOCK形成二聚体,结合靶基因启动子区的E-box(CACGTG)诱导靶基因的表达。胚胎发育过程中,昼夜节律参与调节器官发育,但是孕鼠和胚胎之间分子钟同步的机制有待进一步研究。已知骨骼肌是机体最大的器官之一,并具有内在固有的周期性昼夜节律。胚胎发育过程中骨骼肌开始形成,其功能在出生后进一步完善。本研究拟用RT-PCR和免疫组织化学方法观察小鼠胚胎发育过程中BMAL1、CLOCK和Per1在不同胎龄胚胎和孕鼠外周器官骨骼肌和肝脏的表达,阐明胚胎发育过程中钟基因的表达变化规律,帮助揭示孕鼠和胚胎之间分子钟同步的可能关系。 方法: 1.收集胎龄10~17天小鼠胚胎及孕鼠肝脏、下肢股四头肌,提取总RNA,反转录成cDNA,RT-PCR分析钟基因BMAL1、CLOCK、Per1和肌调节因子myogenin、Tcap、MAZ的表达变化规律。 2.收集胎龄10~17天小鼠胚胎及孕鼠肝脏、下肢股四头肌,制作石蜡连续切片,进行形态学观察,免疫组织化学法观察小鼠胚胎发育过程中CLOCK、Per1和myosin在胚胎的时空表达特点。 结果: 1.小鼠胚胎发育早期,RNA水平钟基因BMAL1、CLOCK和Per1的相对表达均比较低,在胎龄10天呈高表达,可能是受孕鼠子宫组织的影响。胎龄15天始,三者的表达开始升高,尤以Per1显著,但是并没有表现出明显的周期性节律波动。孕鼠外周组织骨骼肌的周期性节律较肝脏稳定,胚胎发育晚期孕鼠下肢股四头肌稳定周期性节律表现出Per1和CLOCK呈反向节律。 2.小鼠胚胎发育早期,肌调节因子myogenin的相对表达水平较低,随着胚胎发育,胎龄12天始表达逐渐升高,并呈现快速增长趋势;胎龄17天myogenin的表达水平是胎龄12天的2倍。胎龄15天始,Tcap的相对表达开始明显增高,提示肌节发育,Tcap参与调节正常肌节结构。MAZ的相对表达水平始终高于二者,可能参与骨骼肌细胞的分化。 3.免疫组织化学实验显示,小鼠胚胎发育早期,胎龄10~11天,外周器官如心脏、肝脏内均未见CLOCK和Per1阳性细胞,但是在孕鼠子宫蜕膜组织中可见略高于背景的CLOCK弱阳性细胞和Per1强阳性细胞。胎龄12天,气管食管分隔,胎龄13天,食管肌层大部分细胞已分化为梭形平滑肌样细胞,肌层可见散在分布的染色略深于背景的CLOCK弱阳性细胞。左右支气管气道平滑肌和左心房底壁见CLOCK阳性细胞。胎龄14天,体壁躯干骨骼肌出现CLOCK和Per1阳性细胞,Per1阳性细胞的染色深于CLOCK。胎龄15天,肺内不同支气管分支断面明显增多,CLOCK阳性细胞出现在细支气管壁。体壁躯干骨骼肌CLOCK和Per1阳性细胞染色增强。少量Per1阳性细胞出现在右心房。食管肌层和细支气管壁CLOCK阳性细胞同时呈Per1阳性。胎龄16~17天,食管肌层进一步增厚,不同切面均可见食管肌层CLOCK阳性细胞增多,外肌层粗大的肌纤维纵切面CLOCK 和Per1同时呈阳性表达。左心房底壁表达持续呈CLOCK强阳性。气道平滑肌进一步向细支气管远端延伸,肺叶内终末细支气管气道平滑肌同时呈CLOCK和 Per1阳性表达。右心房和体壁躯干骨骼肌可见Per1强阳性细胞。胎龄10~16天肝脏内始终未见CLOCK 和Per1阳性表达细胞。 结论: 1.小鼠胚胎发育的早期未见钟基因的表达,随着胚胎的发育成熟钟基因逐渐开始表达,可能和细胞的发育分化成熟相关。 2.随着小鼠胚胎发育钟基因逐渐开始表达,但是没有出现周期性节律变化,功能活动受孕鼠分子钟的调控。 3.钟基因在小鼠胚胎和孕鼠外周器官骨骼肌、肝脏的表达特点提示可能存在某种未知的转录机制使胚胎对孕鼠的周期性节律调控无法做出应答。 4.小鼠胚胎发育过程中钟基因在不同器官有不同的时空表达规律,钟基因参与调节骨骼肌发育成熟。