生命科学学院
斑马鱼心脏发育的基因调控
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山东大学2012-2013学年第一学期《组织胚胎学》课程作业
目录
摘要 ......................................................................................................................................... 3 关键词 ..................................................................................................................................... 3 一、 二、 三、 四、 五、 六、 七、 八、 九、 十、 十一、
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
斑马鱼 ..................................................................................................................... 4 心脏发育的概述 ..................................................................................................... 5 心肌源细胞的调控—心脏发育的保守途径 .......................................................... 6 WNT11信号途径对心脏原始细胞会聚过程的调控 ............................................ 8 环化 ......................................................................................................................... 9 心室 ....................................................................................................................... 10 房室的分隔 ............................................................................................................ 11 心内膜 .................................................................................................................... 11 起搏和传导系统 ................................................................................................... 12 与心脏直接相连血管的形成................................................................................ 12 影响斑马鱼心脏发育的其他因素 .................................................................... 13 δ-SG ....................................................................................................................... 13 Forkhead转录因子家族 ....................................................................................... 13 BHC80 ................................................................................................................... 13 视黄酸和raldh2基因 ........................................................................................... 14 T-box家族 ............................................................................................................. 14 叶酸 ....................................................................................................................... 15 microRNAs ............................................................................................................ 15
结语 ....................................................................................................................................... 16 参考文献 ............................................................................................................................... 16
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山东大学2012-2013学年第一学期《组织胚胎学》课程作业
摘要
心脏起源于多细胞谱系，它的发育是一个复杂的过程，它是各种因子的生化相互作用的结果。在研究心脏表达基因的启动子和增强子区域时可发现许多特殊性。所有的这些过程涉及复杂的形态构建事件，但我们对它的分子机制知之甚少。确定产生和形成心区的信号通路的本质将很有价值。斑马鱼作为研究心脏发育的模式生物具有得天独厚的优势。本文中主要介绍了与斑马鱼心脏发育有关的的调控因素，由于斑马鱼心脏发育调控较复杂，相关基因调控机制并未形成完整的体系，因此本文主要以心脏各组分的发育过程为线索，探讨心脏发育中的基因调控，并最后附述其他相关基因的功能。由于心脏发育调控基因的复杂性和自己的能力有限，本综述不可能涵盖所有已知的影响心脏发育的基因，有关心脏发育的基因调控仍有待进一步的研究。
关键词：斑马鱼;心脏发育;基因调控
Abstract
Cardiac originated in the multi-cell lineage, and its development is a complex process, which is the result of the biochemical interactions of various factors. When studying promoter and enhancer regions of expressed gene about heart, we can find many particularity. All of these processes involve complex morphological build events, but little is known about its molecular mechanism. Determine the nature of the generation and formation of a signal path of the heart region will be of great value. Zebrafish as model organisms to study cardiac development has a unique advantage. This paper introduces the regulation factors about zebrafish heart development. More complex regulation of heart development in zebrafish gene regulation mechanism did not form a complete system, so this paper mainly for clues to each component of the heart of the development process, explore gene regulation in heart development, and finally talk about the function of other genes. Due to the complexity of the regulation of gene in heart development and my limited ability, this review can not cover all
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known genes affecting heart development and gene regulation in heart development remains to be further studied.
Key word: zebrafish;cardiac development;genetic dissection 一、 斑马鱼
斑马鱼（zebra fish）(拉丁名：Danio rerio) ，动物界，脊索动物门 Chordata，辐鳍鱼纲 Actinopterygii，鲤形目 Cypriniformes，鲤科 Cyprinidae。体侧有像斑马一样蓝银相间的条纹，原产于印度东部、巴基斯坦及孟加拉国的小溪、稻田及恒河中游地区。适宜水温25~26℃，Ph值为中性。主要以红线虫、红虫等为食的肉食性动物。
斑马鱼作为模式生物有许多优点：1. 成鱼个体小，方便饲养。斑马鱼成年个体长约4～6cm，雄鱼个体修长，雌鱼个体肥大，方便识别。一升水中最多可以养5尾。另外，斑马鱼个体较小，养殖花费少，能够大规模繁殖。2.发育快、繁殖能力强、性成熟期短。受精后约40分钟，就完成了第一次有丝分裂。24小时后，主要器官已经形成，脑室、眼睛、耳和体节等清晰可见。相当人类第28天的胚胎。3个月可达到性成熟。雌鱼每周产300枚卵，可保证每天获得成千上万的胚胎。3.体外胚胎发育方便观察和操作。胚胎在母体外发育并且透明，因此易于观察。4.拥有较完善的胚胎和遗传学操作技术。可以很方便地进行细胞标记和细胞谱系跟踪、胚胎的细胞移植技术；还可培育单倍体及基因组倍增；在基因功能研究方面，已发展了转基因技术、基因过量表达，体细胞克隆等技术。5.品系资源丰富。经过30多年的研究应用，目前已经有多个品系，并建立了斑马鱼基因数据库。目前研究中常用的是斑马鱼野生型品系主要为Tuebingen品系。此外，还有3000多个突变品系和转基因品系。
斑马鱼的心脏类似于人胚胎时的心脏，分为心房和心室，二者之间有瓣膜。斑马鱼特别适合心脏发育的研究，这主要是因为：1．斑马鱼的心血管系统发育过程与人类有许多共同点，与人类的心脏发育具有相似的基因调控途径。2．斑马鱼胚胎体外受精，体外发育，完全透明，其心脏发育可以直接用眼睛观察，因此具有高度的可视性。3．斑马鱼的胚胎可以不依赖于有功能的心血管系统，甚至在整个心血管循环缺失的情况下，它都仍然能通过对氧的被动运输而生存，
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继续正常发育一段时间，这就为心血管系统严重缺陷的细节观察提供了可能。与鼠类模型相比，斑马鱼的主要优势是它提供了将经典遗传学与胚胎观察和操作结合起来研究的机会。斑马鱼的这些优势，使得对斑马鱼的研究异军突起，成为近几年使用最多的进行心脏发育生物学研究的模式动物，极大地推动了心血管疾病发病机制的研究。
二、 心脏发育的概述
心脏形态发生包括细胞决定、迁移和分化，且伴随一系列关键的形态发生事件。斑马鱼的心脏由外层的心肌层和内层的心内膜2层构成。心肌细胞和心内膜细胞都起源于体轴两侧靠近中后脑边界的中胚层细胞。斑马鱼心脏早期发育历经了几个关键的过程：首先，胚胎前端中轴两侧的侧板中胚层(ALPM)细胞被诱导分化形成心肌源细胞；然后两侧的心肌源细胞向中轴不断迁移、会聚；最终两侧前体细胞融合形成一个管状的器官心管(Heart Tube)。尽管其在纵向上显得是无差别的，但它按其在胚胎轴的位置，分成几个基因表达的特异性节段，为后来心房、心室、动脉囊、动脉干的雏形。心管再向右进行环化，在此过程中出现广泛的分化和原始心脏组织的复杂改建。最后房、室被隔开，肺动脉、主动脉也被分开，并逐渐形成瓣膜、小梁、传导系统和冠状循环，从而形成一个复杂的协调的器官。
图1斑马鱼心脏发育的过程
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