TGF-β1在斑马鱼侧线中的功能及机制研究

The lateral line is a sensory system found in aquatic vertebrates. It is consists of neuromasts which is a mechanoreceptive organ sensing of mechanical changes in water. The dynamic development of posterior lateral line primordium is a directional and organized cell migration process, which has been employed as a cancer metastasis model recently. It's has been known that three signaling pathways, Fgf, Wnt and chemokines, can affect the formation and location of the lateral line. Although TGF-β signaling pathway plays significant roles in proliferation, cellular differentiation, formation of extracellular matrix, bone formation, hematopoiesis and apoptosis, its function in the lateral line development has not been illustrated in zebrafish. In a previous study we found tgfβ1a expressed specifically in zebrafish lateral line system. Considering the important role of TGF-β signaling pathway in cancer metastasis, and the cancer metastasis model based on lateral line system, this project will focus on the function and mechanism of tgfβ1a in the development process of zebrafish lateral line. We hope to add some understanding about the regulatory role of TGF-β signaling pathway in the vertebrate embryonic process and cancer metastasis.

侧线是水生脊椎动物中普遍存在的一种机械感受系统，它由分布在体表的机械感受器官神经丘组成，可以探测到水流的变化。后部侧线原基的动态发育过程其实是一团细胞有组织有方向的迁移历程，近年来已被用作研究癌症转移的模型。目前已知Fgf、Wnt及化学趋化因子这三种信号通路都可以影响侧线系统的排布及形成。 尽管转化生长因子TGF-β信号通路在调控细胞增殖分化、胚胎发育、细胞外基质形成、骨形成、伤口愈合、造血、免疫和凋亡等过程中都发挥重要作用，但其在斑马鱼侧线发育中的功能研究几乎为空白。 我们之前的一项研究发现tgfβ1a在斑马鱼胚胎的侧线组织中存在特异表达。考虑到TGF-β信号在癌症发生、转移过程中的重要作用以及侧线系统可作为癌症转移的一个体内模型，本项目将主要致力于研究tgfβ1a在斑马鱼侧线发育过程中的功能及作用机制，以进一步了解该信号通路在脊椎动物胚胎发育以及癌症转移中的重要调控作用。

斑马鱼侧线系统的发育过程，特别是后部侧线原基（pLLP）的动态迁移过程，近年来已经成为一个研究细胞集体性迁移的理想模型。已有的研究结果表明，Wnt/β-catenin、Fgf和Delta-Notch等信号通路都参与调控了斑马鱼后部侧线系统的发育，而与癌症转移极为相关的重要调控因子TGF-β在侧线系统的功能尚无任何报道。.我们的研究发现，tgfβ1a特异表达在后部侧线原基及神经丘中，抑制tgfβ1a的表达发现斑马鱼后部侧线系统中躯干神经丘数目减少且间距增加。在分子机制方面，tgfβ1a很可能依赖于Smad5而不是Smad1或Smad2调控后部侧线原基的迁移及神经丘的形成。Tgfβ1a/Smad5信号通过调控后部侧线原基n-cadherin/cdh2、deltaA和atoh1a等因子的表达维持侧线原基中细胞的形态、迁移和原神经丘正常堆积，从而保证后部侧线系统的正常发育。.在Tol2转座子介导的突变体筛选过程中，我们发现了prpf4突变体中后部侧线原基的迁移变慢，神经丘形成数目减少。进一步的机制研究表明，prpf4突变体中后部侧线原基的凋亡细胞明显多于野生型胚胎，而其增殖并没有受到影响。分子机制方面，研究发现prpf4可能是调控了fgfr1的表达，从而造成FGF信号减弱，而在侧线原基中拖尾区的FGF信号可以激活dkk1的表达，从而抑制拖尾区的Wnt/β-catenin信号。当prpf4表达受到抑制时，FGF信号减弱，导致dkk1表达下调，从而引起拖尾区的Wnt/β-catenin信号被激活，拖尾区异常激活的Wnt/β-catenin信号导致了cxcr7b的表达被抑制，cxcr4b的表达异常上调，从而影响斑马鱼后部侧线原基的迁移。.因此，该项研究鉴定到两个在斑马鱼侧线系统发育过程中发挥重要调控作用的影响因子，并对其分子机制进行了深入的研究，为进一步了解相关信号通路在脊椎动物胚胎发育以及癌症转移中的重要作用提供了线索。