唐氏综合征关键区第三基因在斑马鱼胚胎早期发育中的功能研究

唐氏综合征（DS）是最常见的人类遗传疾病之一，其发病与该染色体部分区段（唐氏综合征关键区，DSCR）内基因的过量表达有关。唐氏综合征关键区第三基因（dscr3）在斑马鱼胚胎发育早期有着独特的表达模式，其母源转录物特异分布于胚盘深层，在MBT后，其表达迅速下调。过量表达dscr3可以造成腹部化表型，并抑制Nodal配体对靶基因的诱导。这些现象都强烈暗示Dscr3在原肠胚期前的背腹轴形成和中内胚层诱导中有着重要作用，但是其具体的分子机理并不清楚。本研究拟使用斑马鱼为模式动物，分析dscr3在胚胎早期发育中的功能和分子机理，并探索该基因过量表达与DS表型产生的关系。深入研究该基因在模式动物胚胎发育中的作用，不仅有助于阐明动物胚胎发育的分子机理，也可为阐明人类唐氏综合征发生的分子机制提供理论依据。

早期胚胎诱导是指胚胎在囊胚中晚期启动合子基因转录的一系列诱导过程，该过程决定了背部组织者的形成，以及最终分化为中内胚层的边缘区（marginal zone）的形成。这个高度程序化的过程受母源性因子控制，但目前人们对早期胚胎诱导的认识还非常有限。dscr3是一个母源表达的基因，具有独特的表达图式，其转录物最初特异定位在卵裂期深层细胞质，后来分布于囊胚期深层细胞中，原肠期其表达下调。利用Morpholino抑制该基因的功能引起所有表达在边缘区的基因下调，但背部组织者在原肠早期向胚胎腹侧边缘区扩展。抑制dscr3的功能同时导致Nodal和Bmp信号的诱导能力严重削弱。进一步研究表明，dscr3的蛋白质难以被翻译，而在HEK293细胞中高表达全长的dscr3的mRNA可以显著提高报告基因的表达量，甚至提高到10倍以上，意外的是不编码Dscr3蛋白质的突变mRNA也具有这种能力，这说明dscr3是一种非典型的mRNA，具有non-coding的功能，并在mRNA翻译的过程中起重要作用。本研究通过RNA-pulldown鉴定了三个可能与dscr3 mRNA相互作用的蛋白质，分别是eukaryotic translation elongation factor 1α和igf2 mRNA binding protein。同时为了进一步研究dscr3在早期发育中的功能，本研究利用TALENs技术分别构建了缺失dscr3蛋白功能的和抑制dscr3 mRNA转录的突变体，目前对dscr3突变体的表型分析和其潜在分子机制的研究尚未完成。因此本研究首次发现了dscr3的独特的时空表达模式，以及其独特的介于编码（Coding）和非编码（Noncoding）基因的作用机制。 . 除了dscr3的工作外，本课题还支持了与本项目相关的背腹轴机制的研究，研究结果发表在pLoS One上。. 与此项目相关，对于斑马鱼的实验室养殖，课题负责人被授权发明专利1项，实用新型专利2项。