Wnt信号靶基因lgr5和lgr6在耳蜗感觉上皮的功能及机制研究

The Wnt signaling molecule is highly conserved through evolution and widely expressed in tissue, and plays a crucial role in proliferation, development, metabolism, regulation of stem cells and so on. The classical Wnt signaling is involved in cochlear development of birds and mammals. Lgr5 and lgr6, as Wnt target gene, are continuously expressed during the development and mature in the cochlea. Lgr5 is a stem cell marker in the inner ear. Lgr6 positive supporting cells can differentiate into hair cells in vitro. So, Lgr5 and Lgr6 play an important role in the development of hair cell differentiation in the inner ear. But the function of Lgr5 and Lgr6 in the sensory epithelium in the inner ear is still unclear. We speculate that Wnt signaling can regulate the development and mature in the sensory epithelium in the inner ear via regulating lgr5 and lgr6 genes. This project aims to study the function of lgr5 and lgr6 genes by down-regulating the expression of lgr5 and lgr6 genes with transgenic mice. Furthermore, to study the mechanism of lgr5 and lgr6 genes in the sensory epithelium in the inner ear using RNA-seq technology and information biology.

Wnt信号分子是一种广泛表达并在进化上高度保守的活性因子, 在细胞增殖、发育、代谢和干细胞调节等多种生物学过程中发挥重要功能。经典Wnt信号参与调控鸟类和哺乳动物耳蜗的发育。Wnt信号靶基因Lgr5和 Lgr6在耳蜗的发育和成熟过程中持续表达。Lgr5已被证实是内耳干细胞的标记物， Lgr6阳性支持细胞在体外可以分化为毛细胞，表明Lgr5和Lgr6在毛细胞的分化过程中发挥重要作用。但是Lgr5/Lgr6在内耳感觉上皮发育成熟过程中行使的功能尚不清楚。我们推测，Wnt信号可能通过调控Lgr5/Lgr6从而调控感觉上皮的发育成熟。本项目拟采用基因敲除小鼠分别敲除lgr5/lgr6基因，探讨lgr5/lgr6基因在内耳感觉上皮发育和成熟过程中的作用；同时采用高通量测序（RNA-Seq）结合生物信息学技术，全面系统地分析lgr5/lgr6基因影响感觉上皮发育成熟的机制。

哺乳动物耳蜗毛细胞的缺失是不可逆的，因为成年哺乳动物耳蜗中只观察到非常有限的毛细胞再生。Wnt/β-catenin信号调节耳蜗发育过程中前感觉上皮细胞的增殖和毛细胞形成，Wnt信号激活促进新生小鼠耳蜗中Lgr5阳性毛细胞前体细胞的增殖。与Lgr5类似，Lgr6也是Wnt下游的靶基因。据报道，Lgr6存在于皮肤、指甲、舌头、肺和乳腺的成体干细胞中，该蛋白对快速增殖器官的成体干细胞的维持非常重要。我们前期的研究表明，Lgr6阳性细胞是Lgr5阳性前体细胞的一个亚群，Lgr6阳性和Lgr5阳性前体细胞都能在体外再生Myo7a阳性毛细胞。因此我们推测Lgr6阳性细胞是一种更叫纯粹的耳蜗前体细胞。然而，Lgr5阳性和Lgr6阳性前体细胞之间的具体区别尚不清楚。在这里，我们系统地比较了这两个前体细胞群体的增殖、毛细胞分化和详细的转录组表达谱。我们发现，同样数量的Lgr6阳性前体细胞分离出的Myo7a阳性毛细胞明显多于Lgr5阳性前体细胞;但是，Lgr5阳性前体细胞在体外比Lgr6阳性前体细胞形成更多的上皮细胞球。通过RNA-Seq，我们比较了Lgr5阳性和Lgr6阳性前体细胞之间的转录组差异，并发现了一系列可能调控这些毛细胞前体细胞增殖和分化的显著差异表达基因，包括4个细胞周期基因、9个细胞信号通路基因和54个转录因子。综上所述，我们证明了Lgr6阳性前体细胞是新生小鼠耳蜗中较Lgr5阳性前体细胞再生更多毛细胞的内耳前体细胞的丰富群体，并且我们提供了一系列可能调控前体细胞增殖和毛细胞再生的基因。