從轉(zhuǎn)錄組和蛋白組水平研究渦蟲尾再生中細(xì)胞分化的途徑和方式.pdf

1、渦蟲具有很強(qiáng)的再生能力。從渦蟲咽前部將渦蟲橫切為前后兩段時，前段部分從傷口處再生出缺失的后段，包括表皮、肌肉和神經(jīng)等，稱為渦蟲尾再生(PTR)。后段部分從傷口處再生出缺失的前段，包括表皮、肌肉、神經(jīng)、“腦”和眼點等，稱為渦蟲頭部再生(PHR)。成體渦蟲再生與胚芽基細(xì)胞(neoblasts)密切相關(guān)。胚芽基細(xì)胞廣泛分布于渦蟲體內(nèi)，通過遷移、增殖、分化等過程完成組織結(jié)構(gòu)重建和渦蟲再生。其中，細(xì)胞分化是渦蟲尾再生的關(guān)鍵所在，其過程涉及多種基因

2、/蛋白，了解其調(diào)節(jié)途徑和方式，是揭示機(jī)理的必要環(huán)節(jié)。為此，本研究建立渦蟲尾再生模型，用基因表達(dá)譜芯片定性、定量分析了渦蟲術(shù)后0h、2h、6h、12h、24h、30h、36h、72h、120h和168h再生尾部的基因種類和表達(dá)豐度，根據(jù)基因表達(dá)豐度計算ratio值。發(fā)現(xiàn)8470種基因的ratio值大于對照3倍，稱為上調(diào)基因;1940種基因的ratio值小于對照1/3倍，稱為下調(diào)基因;657種基因在有的時間點上調(diào)/有的時間點下調(diào)，稱為上/下

3、調(diào)基因，三項合計11067種基因。為從蛋白質(zhì)組水平研究PTR中細(xì)胞分化與組織器官重建機(jī)理，本研究建立PTR模型，并提取其蛋白質(zhì)。用熒光差異雙向電泳(DIGE)結(jié)合質(zhì)譜檢測(MS)定性、定量這些蛋白的種類和表達(dá)豐度，根據(jù)蛋白表達(dá)豐度計算ratio值。發(fā)現(xiàn)1062種蛋白上調(diào)，181種蛋白下調(diào)，151種蛋白上/下調(diào)，三項合計1394種蛋白。查GO注釋表明，這些基因/蛋白涉及信號傳導(dǎo)、細(xì)胞分化等33種生理活動。其中，560種基因和52種蛋白參與

4、細(xì)胞分化信號通路，1985種基因和216種蛋白參與細(xì)胞分化。最后，用網(wǎng)絡(luò)原理和方法解析基因/蛋白表達(dá)變化預(yù)示的生理活動(Ep(t)值)發(fā)現(xiàn)，渦蟲尾再生中NF-κB、BMP和p70S6K通路的信號傳導(dǎo)活動顯著強(qiáng)于對照，其調(diào)節(jié)的表皮細(xì)胞分化活動也于相應(yīng)時間顯著強(qiáng)于對照，表明這些信號通路促進(jìn)表皮細(xì)胞分化和表皮重建。另一方面，TGF-β通路的信號傳導(dǎo)活動顯著強(qiáng)于對照，其調(diào)節(jié)的肌肉和神經(jīng)細(xì)胞分化活動也于相應(yīng)時間顯著強(qiáng)于對照，表明該通路促進(jìn)肌肉和神

5、經(jīng)細(xì)胞分化以及肌肉和神經(jīng)重建。同時，Wnt通路的信號傳導(dǎo)活動顯著強(qiáng)于對照，其調(diào)節(jié)的“腦”神經(jīng)細(xì)胞和視覺細(xì)胞分化活動于相應(yīng)時間顯著弱于對照，表明該通路抑制“腦”神經(jīng)細(xì)胞和視覺細(xì)胞分化以及“腦”和眼點重建。綜上所述，NF-κB、BMP、p70S6K、TGF-β等四條通路通過調(diào)節(jié)細(xì)胞分化促進(jìn)PTR的表皮、肌肉和神經(jīng)重建，而Wnt通路抑制PTR的“腦”和眼點重建。本研究用生物高通量技術(shù)檢測了渦蟲尾再生中相關(guān)基因/蛋白的表達(dá)豐度，用生物信息學(xué)和系