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斑马鱼作为一种新兴的模式动物,有着其独特的优势,包括体积小、体外发育、易于操作、胚胎透明、繁殖能力强、发育快速等。通过近二十年来对斑马鱼的研究,研究人员们已经建立了比较完善的基因组序列信息,基因操作方法以及各个系统的形态和解剖基础等。近十年来对斑马鱼多巴胺(DA)系统发育的研究取得了很多进展,具备了DA能神经元相关的基本知识,并且基本确定了在背侧结节(posteriortuberculum,PT)区域的DA神经系统与哺乳动物中脑DA神经系统的同源性。
在此基础上,我们对一个在DA能神经元发育过程中发挥重要作用的转录因子Nr4a2进行了深入研究。首先我们分析了斑马鱼中存在的两个人类NR4A2基因的同源基因nr4a2a和nr4a2b,发现在基因结构上nr4a2b和人类NR4A2的同源性更高,于是我们进一步研究了nr4a2b在斑马鱼胚胎发育时期的时空表达变化,以及它与DA能神经元的共定位情况。我们发现虽然nr4a2b和PT区域的DA能神经元并没有明显的共定位,但是却表达在紧靠在DA能神经元背侧的一群细胞中,并且这群细胞与表达在神经前体的基因neurog1有共定位。Nr4a2的功能缺失能够导致PT区域DA能神经元的减少,同时伴随着DA神经递质的减少,这一表型能够部分被外源性的小鼠Nr4a2蛋白所挽救。另外,通过检测没有降解的nr4a2b的mRNA,发现原来表达Nr4a2b的神经元在Nr4a2功能缺失之后非但没有减少而是有一定的增多[1],我们的实验说明了Nr4a2b的功能主要是表达在DA能神经前体上以促进PT区域的神经前体向终末神经元分化而并非是维持神经元的存活,而nr4a2b阳性细胞数目的增多很可能是由于分化阻滞造成的累积,Nr4a2b很可能是和Neurog1处在同一条调控通路来调控斑马鱼PT区域的DA能神经元的分化和成熟。
另外,在成年的斑马鱼中枢神经系统中,nr4a2b的表达和PT区域一群体积较小的纺锤形的TH阳性神经元有部分共定位,同时我们发现在前顶盖区域nr4a2b阳性细胞紧靠在TH阳性神经元的背侧,并且两群细胞交界处有少量的共定位细胞。而在间脑脑室周围区域我们发现了神经巢蛋白Nestin和nr4a2b的共定位,并且在这些共定位细胞的腹外侧分布有nr4a2b单阳性的细胞,而这两群细胞随年龄的增长会有明显减少。因此我们认为,Nr4a2b主要表达在神经前体里并且促进神经前体向终末神经元的分化,其表达随年龄的增加而减少提示了神经前体细胞分化能力的减弱,这可能与某些神经退行性疾病相关。
为了进一步研究Nr4a2b的功能及其阳性细胞的命运,我们需要建立nr4a2b::EGFP特异表达的转基因系。因为普通的基因克隆的方法没法得到足够长的调控EGFP在内源性Nr4a2b阳性细胞中特异表达的启动子,我们采用了BAC同源重组的方法,将EGFP重组到BAC中Nr4a2b翻译的起始位点下游。构建好之后通过将重组BAC在体进行瞬时显微注射,我们确定了EGFP与内源性的nr4a2b的共定位,从而获得了可特异性驱动EGFP在Nr4a2b阳性细胞中表达的重组BAC,进一步的稳定转基因的筛选正在进行中。
综上所述,我们通过在胚胎和成体斑马鱼中研究转录因子Nr4a2促进DA能神经元分化的功能,对DA能神经元分化的机制进行了进一步阐明,并且通过构建特异驱动EGFP在Nr4a2b阳性细胞中表达的重组BAC,为建立更好地研究DA能神经元发育的方法提供了线索,也为下一步DA系统相关神经药物的筛选奠定了基础。