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dHira基因过量表达对果蝇早期胚胎发育的影响

徐艳菊  
【摘要】: 果蝇(Drosophila melanogaster)由于具有容易饲养、产卵多、生命周期短以及具有粗大的多线染色体而便于进行基因定位等优点,已成为遗传学和发育生物学等研究领域中重要的模式生物之一,对现代生命科学的发展作出了突出的贡献。果蝇的基因组测序已经完成。在对果蝇与人类基因的比较中,发现三分之二引发人类疾病的基因(包括与癌症有关的基因)在果蝇中都存在有类似的基因。 Hir/Hira(histone regulation,组蛋白调节基因)最先作为组蛋白基因表达的一种负调节因子从酵母中被鉴定出来,现已证实,其产物HIR/HIRA是组蛋白的伴侣蛋白,包含一组保守的蛋白家族,广泛存在于低等真核生物、无脊椎动物和脊椎动物等多种生物体当中。HIRA家族最明显的特点是,N端都有7个WD40区,推测借此形成β-螺旋结构和两个潜在的核定位信号区。HIRA可通过其不同的结构域与不同的蛋白质相互作用,来参与调节核小体的组装、染色质的结构及细胞周期的进程等。其N端能够和其他的组蛋白伴侣如ASF1和CAF-1相互作用,对组蛋白基因的转录和异染色质的沉默起调节作用。N端还可能通过上调一组与细胞周期相关的基因来促进细胞生长。C端负责与成对的同源异型域、Hir互作蛋白3(Hirip3)以及核心组蛋白的生化互作。HIRA在从酵母到人类的长期进化过程中高度保守,说明其在生命发育过程中起着重要作用。mHira基因敲除的小鼠胚胎表现出复杂的表型缺陷,原条扭曲,脊索和神经管发育异常,发育至孕中期时全部死亡。Kirov等和Llevadot等先后在无脊椎动物果蝇中发现了Hira家族的成员dHira。Northern分析表明,在雌性成体、未受精卵和0-3时龄的胚胎中,dHira的转录本很高,之后急剧下降,说明它们在早期胚胎发育过程中可能起了重要的作用,但其具体功能还未见报道。 本研究将果蝇Hira基因(dHira)的cDNA克隆到载体UASp中,运用UAS-Gal4系统,通过功能获得性突变的方法使dHira在果蝇早期胚胎中大量表达,来研究Hira在无脊椎动物果蝇中的作用。结果发现在胚胎发育早期,无论是在头部还是在全胚胎过量表达dHira,都引起果蝇胚胎大量死亡,死亡率明显高于对照组,而且随着转基因拷贝数的增加,胚胎的死亡率也显著增加,说明dHira过量表达对果蝇胚胎发育产生严重影响。对果蝇早期胚胎进行荧光染色,结果显示,dHira过量表达导致果蝇早期胚胎的细胞核分裂不正常,合胞体胚盘内染色体数目明显少于野生型的,而且核处于不同的分裂期,说明其细胞核分裂不同步,而且有核解体的迹象。推测HIRA可能影响了染色体的结构和组装,从而影响了细胞周期的进程,导致果蝇早期胚胎细胞核分裂异不正常。又采用RT-PCR的方法,分析了组蛋白基因及细胞周期、细胞衰老凋亡相关基因的表达量的变化。结果显示,dHira过量表达后,核心组蛋白基因H2A、H2B、H3和H4的表达量没有明显变化,而CycA、CycE、cdc25和debcl等与细胞周期、细胞凋亡相关基因的表达量都有所上升,尤其是CycA,上调最明显。这些结果表明,dHira过量表达,可能干扰了与细胞周期、细胞凋亡等相关基因的正常表达,从而影响了果蝇早期胚胎快速、同步的核分裂,导致早期胚胎的大量死亡。


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