基于小耳畸形同卵双胞胎家系的致病基因在斑马鱼模型中进行功能学研究

目的:探索小耳畸形双胞胎家系的高危致病基因在斑马鱼模型中的功能研究。方法:我们通过对先前研究的6个小耳畸形双胞胎家系的全外显子组测序结果中已筛选出的高危致病基因AMER1进行功能研究。确定候选基因AMER1在斑马鱼中的同源性后,通过RT-PCR、原位杂交实验和利用Omics数据库两种方法建立amer1在斑马鱼中的时-空间表达谱。使用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除amer1基因,通过阿尔新蓝软骨染色和WGA软骨膜染色实验对斑马鱼颌面软骨形态进行检测。使用PH3和TUNEL染色实验来探究突变体在发育过程中神经嵴细胞的增值和凋亡情况。对斑马鱼全胚胎进行不同时期特定标记基因的原位杂交实验来探究软骨发育过程受影响的时间节点。最后,通过qPCR和Western-blot在转录和翻译水平上继续深入探究候选基因的可能致病机制以及尝试多种方式进行表型挽救实验。结果:利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在斑马鱼中敲除amer1基因后,突变体中出现了下颌畸形甚至缺失的表型。阿尔新蓝和WGA染色观察到Meckel’s软骨和腭方软骨严重畸形甚至缺失,角舌软骨的夹角明显增大,软骨细胞的排列出现了严重的紊乱。利用标记基因的原位杂交实验观察到在斑马鱼中敲除amer1基因会部分阻断软骨细胞的分化过程,使细胞增值减少和凋亡增多,导致了下颌软Ceralasertib作用骨发育缺陷。进一步检测突变体在转录和翻译水平上均发生改变,amer1通过抑制Wnt/β-catenin信号通路发挥作用,利用Western-blot实验检测到β-catenin蛋白量显著增加,同时qPCR结果表明WNT信号通路下游基因lef1、jun、fosl1a的表达量也均上调。进一步通过免疫荧光染Molecular Biology色观察到amer1敲除后,突变体中的β-catenin蛋白与细胞核发生了共定位,激活了 W购买Staurosporinent/β-catenin信号通路,干扰了咽弓的正常发育过程。小分子抑制剂IWR-1-endo和amer1 mRNA处理突变体胚胎,均能不同程度的促进斑马鱼下颌软骨发育,下颌畸形程度明显减轻。结论:在斑马鱼胚胎发育过程中,amer1功能缺失会导致β-catenin蛋白入核增加,异常激活Wnt/β-catenin信号通路,从而影响斑马鱼下颌软骨细胞分化、增殖和凋亡过程,最终导致下颌软骨发育畸形甚至缺失。WNT信号通路的小分子抑制剂IWR-1-endo可以在不同程度上挽救突变体的下颌软骨畸形。说明WNT信号通路对胚胎颅面软骨发育有着重要作用。