RNA解旋酶ddx39a在斑马鱼胚胎发育中的功能及调控细胞增殖的分子机制研究

Normal embryonic development requires a fine regulation of cell proliferation, which also the one that are deregulated during tumor formation and metastasis. Key regulators in development are also known to act as tumor suppressors or tumor-promoting factors. By understanding more about the mechanisms occurring during embryonic development, more can be understood about the molecular mechanisms underlying developmental diseases and cancer. RNA helicases from the DEAD-box family are found in almost all organisms and have important roles in RNA metabolism. They are associated with many processes ranging from RNA synthesis to RNA degradation. The detail function and mechanism about how these helicases engage in scenarios of animal development and diseases like cancer still remain to investigate. In previous gene trapping screen, we identified a zebrafish line carrying a null allele of ddx39a, a DEAD box RNA helicase. Preliminary data indicated the loss of ddx39a in fish embryo led to abnormalities on multiple tissues and aberrant enhanced cell proliferation. In this proposal, we planned using zebrafish embryo as model system to explore the molecular mechanisms by which ddx39a involving in development and regulating cell proliferation.

DEAD box家族RNA解旋酶是一类从古细菌到哺乳动物中高度保守的RNA解旋酶。这个家族的基因通过调节RNA的构象以及影响RNA和蛋白质之间的相互作用来调控RNA代谢的多个方面，发挥其在胚胎发育乃至癌症发生中广泛而重要的生物学功能。我们在前期工作的基础上，通过基因捕获（gene trapping）得到一个带有DEAD box家族RNA解旋酶 ddx39a功能缺失突变（null allele）的斑马鱼品系。初步的试验结果表明，ddx39a功能缺失会导致胚胎中多个器官和组织的发育缺陷以及细胞增殖的异常增多而最终导致胚胎死亡。在本项目中我们将利用斑马鱼作为模式生物，研究ddx39a在脊椎动物胚胎发育中的功能，探索ddx39a缺失发生胚胎致死的原因，阐释ddx39a在胚胎发育中调控细胞增殖分子机制。上述研究工作的突破将有助于更好地理解包括癌症等疾病的发生过程并有助于研发新的预防、诊断和治疗手段。

在胚胎发育的过程中，各个器官内的细胞需要通过大量表达组织特异性的结构蛋白（例如心肌和骨骼肌细胞内构成肌原纤维节的各类肌球蛋白、晶状体纤维细胞中的晶状体球蛋白）才能完成终末分化并具备生理功能。通过进一步理解胚胎发育中控制这些结构性蛋白大量表达的表观遗传状态建立的机制，我们将能更好地理解包括先天性心脏病在内的多类出生缺陷的发生机理并有助于研发新的预防、诊断和治疗手段。DEAD box家族RNA解旋酶是一类从古细菌到哺乳动物中均存在高度保守的RNA解旋酶，这个家族的基因通过调节RNA的构象以及影响RNA和蛋白质之间的相互作用来调控RNA代谢的多个方面，发挥广泛而重要的生物学功能。为了寻找新的心血管系统发育调控基因，我们进行了一次基于Tol2转座酶的基因捕获并从中得到了一个带有ddx39a功能缺失突变的斑马鱼品系。基于这个新制备的品系，我们综合利用分子生物学、实验胚胎学及生物信息学手段，我们系统性地研究了:1，ddx39a在脊椎动物胚胎发育中的功能；2受ddx39a调控的mRNA及它们的功能；3， ddx39a在心肌细胞、骨骼肌细胞、晶状体纤维细胞终末分化过程中参与建立控制结构性蛋白表达的表观状态的机制。通过这一系列研究，我们发现 ：1， ddx39a缺失会导致心肌细胞、骨骼肌细胞、晶状体纤维细胞在终末分化过程中结构性基因的表达异常，这些发生在肌肉性器官和眼睛的细胞分化缺陷共同作用导致ddx39a突变纯合子胚胎的死亡；2， ddx39a对控制KMT2家族成员mRNA的剪切存在场景依赖性的功能，在心肌细胞、骨骼肌细胞和晶状体纤维细胞终末分化的过程参与建立正确表观遗传状态。本项研究第一次通过体内实验分析了RNA解旋酶ddx39a在脊椎动物胚胎发育中的功能并初步解释了ddx39a参与控制心肌细胞、骨骼肌细胞、晶状体纤维细胞终末分化的分子机制，为理解包括先天性心脏病在内的多类出生缺陷提出了新的可能机理。