A1型短指/趾症骨骼发育异常的分子基础研究

论文摘要

A1型短指/趾症是人类群体中发现的第一例符合孟德尔遗传规律的常染色体遗传病,患者特征为手/足第二指节的指骨严重缩短或者缺失。近年来,在A1型短指/趾症家系患者中陆续鉴定到了Indian hedgehog （IHH）基因上的多个点突变。目前,人们对于A1型短指/趾症的致病机理仍不清楚。除此之外,人们对Ihh在指骨发育早期所执行的功能的了解也非常有限。为了揭示A1型短指/趾症患者指骨发育异常的原因,并理解E95K突变所导致的分子水平和发育水平变化,我们利用实验室构建的BDA1小鼠模型,从发育生物学和分子生物学角度对A1型短指/趾症致病机理进行了研究。BDA1模型小鼠在Ihh基因上携带等同人类E95K的突变。E95K纯合突变小鼠表现出个体矮小和典型的A1型短指/趾症表型——第二至第四指中指节严重缩短,第五指中指节缺失。同时,和人类患者中一样,E95K突变以显性方式作用于小鼠的指骨表型,使得携带E95K突变的杂合子小鼠也表现出轻微的短指表型。我们利用体外和体内的实验手段研究了E95K突变的分子基础。结果显示,E95K-Ihh的信号能力有一定程度的下降。更为有趣的是,通过体内实验我们发现在突变小鼠的指骨前体和侧肢长骨中,E95K-Ihh的信号作用距离显著增加。在长骨发育中,E95K-Ihh作用距离的改变扰乱了Ihh-PthrP负反馈环,从而影响了软骨细胞的增殖与分化;在指骨前体中,E95K-Ihh作用距离的增加使得更多的Ihh信号进入到中间区,并刺激了PthrP——一种指骨前体中Ihh表达的潜在调控因子——在中间区的表达。进一步的研究表明,E95K突变导致BDA1小鼠指骨前体远端的Ihh信号水平下降,并导致指放线远端间叶细胞吸纳的减缓,从而阻碍了指骨前体向远端的生长。这种生长减缓导致指骨前体尺寸减小,从而使得突变小鼠第二指节和第三指节分节异常。另外,我们观察到BDA1小鼠指骨关节中间区发育的延迟和异常。Ihh基因敲除小鼠的指骨表型表明,在Ihh功能缺失的情况下,指骨远端生长严重受损,中间区发育失败。我们的结果说明Ihh信号在指骨发育早期调控指放线的远端生长,并可能参与指骨关节中间区的早期发育调控。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 研究背景
• 第一节 A1 型短指/趾症
• 1.1.1 短指/趾症的分类
• 1.1.2 A1 型短指/趾症
• 第二节 脊椎动物侧肢发育
• 1.2.1 模式形成
• 1.2.1.1 近端-远端轴线（PR-D AXIS）
• 1.2.1.2 前-后轴线（A-P AXIS）
• 1.2.1.3 腹-背轴线（D-V AXIS）
• 1.2.2 指/趾的发育
• 1.2.2.1 指/趾数目和特征的决定
• 1.2.2.2 指/趾的发生
• 1.2.2.3 指的分节和关节的产生
• 1.2.2.4 指尖
• 1.2.3 骨的发育
• 1.2.3.1 软骨内骨化
• 1.2.3.2 调节骨发育的信号通路
• 1.2.3.3 生长板功能相关的核心转录因子
• 第三节 Indian hedgehog 及其下游信号通路
• 1.3.1 Hedgehog 配体的剪切和修饰
• 1.3.2 Hedgehog 配体的运输
• 1.3.3 Ptc1 对 Smo 的调控
• 1.3.4 Hedgehog 信号通路的细胞内传导
• 1.3.4.1 果蝇中的Hedgehog 信号通路传导
• 1.3.4.2 脊椎动物中的Hedgehog 信号通路传导
• 第四节 BDA1 小鼠模型
• 1.4.1 基因打靶策略
• 1.4.2 BDA1 小鼠的初步表型分析
• 第二章 材料与方法
• 第一节 材料
• 2.1.1 小鼠品系
• 2.1.2 生物化学品
• 2.1.3 试剂与抗体
• 2.1.4 自制溶液
• 2.1.5 引物
• 第二节 方法
• 2.2.1 DNA 相关方法
• 2.2.2 RNA 相关方法
• 2.2.3 蛋白相关方法
• 2.2.4 小鼠分析方法
• 第三章 结果
• 3.1 E95K 点突变在小鼠中发生显性作用
• 3.2 E95K 突变影响附肢骨胳的发育与生长
• 3.3 E95K 突变改变了生长板中 IHH 信号的作用距离
• 3.4 E95K 突变影响指放线的生长
• E95K/E95K小鼠指骨前体中间区拓宽'>3.5 Ihh^E95K/E95K小鼠指骨前体中间区拓宽
• 3.6 Ihh 信号作用距离的增加导致中间区 PthrP 表达的升高
• E95K/E95K小鼠中下降'>3.7 Indian hedgehog 的表达和信号强度在Ihh^E95K/E95K小鼠中下降
• 3.8 Ihh 信号通路在关节形成和指骨前体生长中的作用
• 第四章 讨论
• 第一节 E95K 突变的分子基础
• 第二节 Ihh 信号通路在指发育过程中的作用
• 第三节 A1 型短指症的致病机理
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间撰写和发表的学术论文