猕猴胚胎干细胞自我更新机理及WNT 信号通路在猕猴胚胎早期发育中作用的研究

尽管大部分动物实验是在啮齿类动物上开展的，我们仍然相信涉及人类的许多问题，如胚胎干细胞的体内功能、调亡和肿瘤形成等只有在非人灵长类模型上才能得到最好的回答。猕猴(标准的非人灵长类动物模型)在解剖、生理和代谢方面都和人类非常相似。人类很多神经疾病，如阿尔茨海默氏病、帕金森病，只能在非人灵长类模型上才能精确建模。所以研究猕猴胚胎干细胞自我更新的原理及猕猴胚胎早期发育，对研究免疫排斥，检测基于胚胎干细胞的治疗的可行性，安全性和有效性具有重要意义。本文一方面对胚胎干细胞维持自我更新和多潜能性的机理研究进行了综述，另一方面对以下两个方面的内容进行了研究： 1）运用寡核苷酸芯片和定量PCR 验证的方法来分析五株猕猴饲养层细胞的表达模式，期望发现在支持性和非支持性的饲养层细胞中差异性表达的基因。我们着重定位于饲养层胞外空间和细胞膜上的细胞因子，因为这些因子可以通过直接接触或通过膜结合受体激活下游信号通路，并最终促进猕猴胚胎干细胞的自我更新。我们发现在支持性的饲养层中有八个基因是高表达的，他们是GREM2， bFGF，KITLG，DKK3，GREM1，AREG，SERPINF1 和LTBP1； 经定量PCR 验证的SCF，bFGF 和GREM2 的表达情况都和芯片数据吻合。 2）为了描述在IVF (in vitro fertilized, 体外受精)，ICSI (intracytoplasmic sperm injection, 单精注射)，SCNT (somatic cell nuclear transfer, 体细胞核移植)和孤雌生殖猕猴囊胚中WNT 信号通路的表达情况，我们运用了信号通路特异性PCR Array 系统及免疫细胞化学来检测mRNA 和蛋白表达水平。其中，ICSI 作为IVF 胚胎的参照组，以排除显微操作对胚胎质量的影响。结果，我们发现非经典WNT/JNK 信号，而不是经典WNT 信号通路，在IVF 正常胚胎发育中起作用。而体细胞核移植和孤雌生殖的胚胎的WNT 信号通路基因表达明显高于正常胚胎。WNT 信号通路基因的表达模式可以作为胚胎质量的一个指示标准，有助于回答为什么猕猴 SCNT 和孤雌生殖胚胎发育异常。

Homologous feeder cells support undifferentiated growth and pluripotency in monkey embryonic stem cells

In the present study, five homologous feeder cell lines were developed for the culture and maintenance of rhesus monkey embryonic stem cells (rESCs). Monkey ear skin fibroblasts (MESFs), monkey oviductal fibroblasts (MOFs), monkey follicular granulosa fibroblast-like (MFG) cells, monkey follicular granulosa epithelium-like (MFGE) cells, and clonally derived fibroblasts from MESF (CMESFs) were established and compared with the ability of mouse embryonic fibroblasts (MEFs) to support rESC growth. MESF, MOF, MFG, and CMESF cells, but not MFGE cells, were as good as or better than MEFs in supporting undifferentiated growth while maintaining the differentiation potential of the rESCs. In an effort to understand the unique properties of supportive feeder cells, expression levels for a number of candidate genes were examined. MOF, MESF, and MEF cells highly expressed leukemia inhibitory factor, ciliary neurotrophic factor, basic fibroblast growth factor, stem cell factor, transforming growth factor PI, bone morphogenetic protein 4, and WNT3A, whereas WNT2, WNT4, and WNT5A were downregulated, compared with MFGE cells. Additionally, all monkey feeder cell lines expressed Dkk1 and LRP6, antagonists of the WNT signaling pathway, but not WNT1, WNT8B, or Dkk2. rESCs grown on homologous feeders maintained normal karyotypes, displayed the characteristics of ESCs, including morphology, alkaline phosphatase, Oct4, the cell surface markers stage-specific embryonic antigen (SSEA)-3, SSEA-4, tumor-related antigen (TRA)-1-60, and TRA-1-81, and formed cystic embryoid bodies in vitro that included differentiated cells representing the three major germ layers. These results indicate that the four homologous feeder cell lines can be used to support the undifferentiated growth and maintenance of pluripotency in rESCs.

Zebrafish eaf1 and eaf2/u19 Mediate Effective Convergence and Extension Movements through the Maintenance of wnt11 and wnt5 Expression

Studies have attributed several functions to the Eaf family, including tumor suppression and eye development. Given the potential association between cancer and development, we set forth to explore Eaf1 and Eaf2/U19 activity in vertebrate embryogenesis, using zebrafish. In situ hybridization revealed similar eaf1 and eaf2/u19 expression patterns. Morpholino-mediated knockdown of either eaf1 or eaf2/u19 expression produced similar morphological changes that could be reversed by ectopic expression of target or reciprocal-target mRNA. However, combination of Eaf1 and Eaf2/U19 (Eafs)-morpholinos increased the severity of defects, suggesting that Eaf1 and Eaf2/U19 only share some functional redundancy. The Eafs knockdown phenotype resembled that of embryos with defects in convergence and extension movements. Indeed, knockdown caused expression pattern changes for convergence and extension movement markers, whereas cell tracing experiments using kaeda mRNA showed a correlation between Eafs knockdown and cell migration defects. Cardiac and pancreatic differentiation markers revealed that Eafs knockdown also disrupted midline convergence of heart and pancreatic organ precursors. Noncanonical Wnt signaling plays a key role in both convergence and extension movements and midline convergence of organ precursors. We found that Eaf1 and Eaf2/U19 maintained expression levels of wnt11 and wnt5. Moreover, wnt11 or wnt5 mRNA partially rescued the convergence and extension movement defects occurring in eafs morphants. Wnt11 and Wnt5 converge on rhoA, so not surprisingly, rhoA mRNA more effectively rescued defects than either wnt11 or wnt5 mRNA alone. However, the ectopic expression of wnt11 and wnt5 did not affect eaf1 and eaf2/u19 expression. These data indicate that eaf1 and eaf2/u19 act upstream of noncanonical Wnt signaling to mediate convergence and extension movements.

Zebrafish peptidoglycan recognition protein SC (zfPGRP-SC) mediates multiple intracellular signaling pathways

Insect PGRPs can function as bacterial recognition molecules triggering proteolytic and/or signal transduction pathways, with the resultant production of antimicrobial peptides. To explore if zebrafish peptidoglycan recognition protein SC (zfPGRP-SC) has such effects, RNA interference (siRNA) and high-density oligonucleotide microarray analysis were used to identify differentially expressed genes regulated by zfPGRP-SC. The mRNA levels for a set of genes involved in Toll-like receptor signaling pathway, such as TLRs, SARM, MyD88, TRAF6 and nuclear factor (NF)-kappa B2 (p100/p52), were examined by quantitative RT-PCR (QT-PCR). The results from the arrays and QT-PCR showed that the expression of 133 genes was involved in signal transduction pathways, which included Toll-like receptor signaling, Wnt signaling, BMP signaling, insulin receptor signaling, TGF-beta signaling, GPCR signaling, small GTPase signaling, second-messenger-mediated signaling, MAPK signaling, JAK/STAT signaling, apoptosis and anti-apoptosis signaling and other signaling cascades. These signaling pathways may connect with each other to form a complex network to regulate not just immune responses but also other processes such as development and apoptosis. When transiently over-expressed in HEK293T cells, zfPGRP-SC inhibited NF-kappa B activity with and without lipopolysacharide (LPS) stimulation. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

文昌鱼Dkk和Kremen基因家族表达图谱和功能的研究

文昌鱼长期作为脊索动物的祖先模型被研究。它与脊椎动物发育机制的比较为后者的发生和进化提供了大量证据。Wnt信号通路在动物胚胎发育中行使着多样而重要的功能：如胚胎轴系的建立，胚层分化，神经图式形成等。在腔肠动物胚胎发育的早期，Wnt/β-catenin主要参与动植物半球极性的形成和胚层分化——很可能是Wnt通路的祖先功能。而在高等脊椎动物胚胎发育的早期，Wnt/β-catenin通路对于背腹轴、前后轴和左右轴极性的建立发挥着至关重要的作用。我们的研究主要集中在文昌鱼Wnt/β-catenin信号通路的两种调节因子Dickkopf（Dkk）和Kremen，以探明这些Wnt信号调节因子的祖先功能，以及在脊椎动物中获得新功能的进化历程。分泌性蛋白Dkk是Wnt信号通路的抑制因子，协同它的高亲和性受体Kremen，在两栖类胚胎头部的发育中起着关键作用。基于脊椎动物Dkk和kremen的报道以及佛罗里达文昌鱼基因组序列信息，我们运用分子克隆的方法，得到白氏文昌鱼Dkk家族的两个基因：BbDkk124和BbDkk3，以及Kremen家族的5个基因：BbKremen-a，BbKremen-c，BbKremen-d，BbKremen-e，BbKremen-g，用整体胚胎原位杂交的方法研究了它们的表达图谱，并在293T细胞和非洲爪蟾胚胎这两个系统中检测了它们对Wnt信号活性的影响和胚胎发育表型的影响。结果表明文昌鱼Dkk和Kremen的表达区域与脊椎动物的同源基因并不相同，出现了较大分歧，但BbDkk124作为Wnt信号抑制因子的功能是保守的。Kremen家族的两个基因BbKremen-e和BbKremen-g在293T细胞内对Wnt通路的影响不显著，而在非洲爪蟾系统中，引起胚胎不同的畸形表型。我们的实验结果为脊椎动物Dkk和Kremen 基因家族的进化提供了一些资料。 此外我们还研究了文昌鱼GATA家族的基因，这个家族在脊椎动物和非脊椎动物的发育中行使重要的动能，在进化上也是非常保守的。脊椎动物的GATA基因分为两个亚群：GATA1/2/3和GATA4/5/6。通过生物信息分析，我们在文昌鱼的基因组中找到了三个GATA基因：一个GATA1/2/3亚家族基因，两个GATA4/5/6亚家族基因，另外还找到一个类GATA基因。我们克隆了白氏文昌鱼GATA123的一段序列并研究了它在早期胚胎发育中的特异性表达。结果表明GATA123在原肠胚的中内胚层表达，而在神经胚晚期和幼体早期，GATA123在脑泡和消化道中部区域表达。这种表达模式与头部发育的重要基因Otx相类似。我们的研究结果提示在文昌鱼脑泡的发育过程中GATA123和Otx很可能协同发挥着重要的作用。

非洲爪蟾Nkx6.3在原肠运动和神经嵴诱导调控中的功能及爪蟾神经管腹侧图式形成的研究

神经嵴（neural crest）是一类脊椎动物特有的多潜能迁移细胞。这一类细胞历经“表皮—间充质”转换（EMT），与神经管背侧的其它细胞分离，经由不同路线迁移，定位于胚胎外周各处，后分化为不同的细胞类型包括外周神经系统、颅面骨骼系统及色素细胞等。神经嵴的发育是一个多途径多步骤的过程，受多种信号通路及转录因子调控。这些调控因子相互调节形成精密网络，可被划分为三个主要层次类群：分泌性信号分子（BMP、Wnt、FGF、Delta）、神经板边界特异基因（Msx、Pax3/7、 Zic1、Dlx3/5）、神经嵴特异基因（Snail/Slug、AP-2、FoxD3、Twist、Id、cMyc、Sox9/10）。本文第一章主要概述不同组织来源的各种分泌信号在神经嵴诱导中的作用以及他们之间的整合调控。 Nkx6家族蛋白是一类进化上保守的转录因子，在脊椎动物中枢神经系统（CNS)的图式形成和胰腺的发育中有重要作用。在第二章，我们描述了非洲爪蟾中Nkx6家族基因的克隆及其表达图式。与小鼠和鸡中的同源基因类似，爪蟾的Nkx6家族基因在胚胎发育过程中主要表达于中枢神经系统和前部内胚层组织。其中Nkx6.1和Nkx6.2在神经胚期神经板表达重合，晚期都表达于后脑和脊髓的腹侧。Nkx6.3从卵裂期到神经胚早期都表达于非神经外胚层，而尾芽期表达于后脑后部和腮弓。在内胚层中，Nkx6.2在尾芽期表达于底索。在蝌蚪期，Nkx6家族的三个基因分别表达于前部内胚层的衍生物，包括胰腺、胃、食道和肺。 Nkx6.3是最近发现的Nkx6家族新成员，它在爪蟾中的表达与Nkx6.1和Nkx6.2有了较大分歧。在第三章，我们通过功能获得及功能缺失实验来探讨Nkx6.3在爪蟾早期发育中的功能。我们发现原肠期前过量或抑制Nkx6.3表达都会影响胚胎原肠运动的正常进行。我们通过动物帽延伸实验证明Nkx6.3参与了细胞运动。半定量RT-PCR结果显示，Nkx6.3可以调控一些粘附分子的表达。以上结果说明Nkx6.3通过调控粘附分子的转录而参与细胞运动的调控。我们还发神经嵴（neural crest）是一类脊椎动物特有的多潜能迁移细胞。这一类细胞历经“表皮—间充质”转换（EMT），与神经管背侧的其它细胞分离，经由不同路线迁移，定位于胚胎外周各处，后分化为不同的细胞类型包括外周神经系统、颅面骨骼系统及色素细胞等。神经嵴的发育是一个多途径多步骤的过程，受多种信号通路及转录因子调控。这些调控因子相互调节形成精密网络，可被划分为三个主要层次类群：分泌性信号分子（BMP、Wnt、FGF、Delta）、神经板边界特异基因（Msx、Pax3/7、 Zic1、Dlx3/5）、神经嵴特异基因（Snail/Slug、AP-2、FoxD3、Twist、Id、cMyc、Sox9/10）。本文第一章主要概述不同组织来源的各种分泌信号在神经嵴诱导中的作用以及他们之间的整合调控。 Nkx6家族蛋白是一类进化上保守的转录因子，在脊椎动物中枢神经系统（CNS)的图式形成和胰腺的发育中有重要作用。在第二章，我们描述了非洲爪蟾中Nkx6家族基因的克隆及其表达图式。与小鼠和鸡中的同源基因类似，爪蟾的Nkx6家族基因在胚胎发育过程中主要表达于中枢神经系统和前部内胚层组织。其中Nkx6.1和Nkx6.2在神经胚期神经板表达重合，晚期都表达于后脑和脊髓的腹侧。Nkx6.3从卵裂期到神经胚早期都表达于非神经外胚层，而尾芽期表达于后脑后部和腮弓。在内胚层中，Nkx6.2在尾芽期表达于底索。在蝌蚪期，Nkx6家族的三个基因分别表达于前部内胚层的衍生物，包括胰腺、胃、食道和肺。 Nkx6.3是最近发现的Nkx6家族新成员，它在爪蟾中的表达与Nkx6.1和Nkx6.2有了较大分歧。在第三章，我们通过功能获得及功能缺失实验来探讨Nkx6.3在爪蟾早期发育中的功能。我们发现原肠期前过量或抑制Nkx6.3表达都会影响胚胎原肠运动的正常进行。我们通过动物帽延伸实验证明Nkx6.3参与了细胞运动。半定量RT-PCR结果显示，Nkx6.3可以调控一些粘附分子的表达。以上结果说明Nkx6.3通过调控粘附分子的转录而参与细胞运动的调控。我们还发现，在爪蟾胚胎中Nkx6.3的过表达或抑制表达都导致神经嵴标记基因表达降低。进一步研究发现，32细胞期在不同部位注射Nkx6.3 mRNA可以异位诱导或抑制Slug的表达。动物帽实验显示，Nkx6.3单独过表达可以诱导神经嵴发生，而迄今为止转录因子中只有Snail1具有这一单独诱导能力。在爪蟾胚胎及动物帽中，过表达Nkx6.3都可以诱导Fgf8、Wnt8而抑制BMP4的转录，而且Nkx6.3对这些分泌因子的调控方式是不同的。4细胞期过表达Nkx6.3的胚胎，在促进Fgf8和Wnt8而抑制BMP4的同时，却抑制神经板边界特异基因Msx1、Pax3和神经嵴特异基因Slug的表达，说明Nkx6.3对神经嵴的诱导调控在神经板边界基因层次还存在抑制作用。32细胞过表达Nkx6.3会细胞自主性抑制以及细胞非自主诱导Msx1、Pax3、Slug的表达。Nkx6.3异位诱导Dlx5却抑制Dlx3的表达，说明Dlx5可能是Nkx6.3负调控的直接靶基因。由此，我们提出Nkx6.3的神经嵴诱导调控分为两个层次：分泌信号分子水平的正调控和神经板边界决定水平的负调控。在脊椎动物的神经发生过程中，神经管背腹不同层次形成不同的神经元。这些神经元细胞的命运由背腹起源的多种形态发生素决定。形态发生素通过浓度梯度确定了一组转录因子在神经管背腹不同层次的特异表达，这些基因的组合调控决定了神经前体细胞的命运。然而，这些转录因子是如何解读形态发生素梯度信号的还不是很清楚。第四章，我们通过对神经管腹侧特异表达的转录因子的调控区进行预测，确定了可能调控这些基因表达的保守区段。此外，我们改进了爪蟾转基因操作，并用这一技术确证了Nkx6.2的调控区域。Dbx1、Nkx2.2及Pax6的转录调控区已在小鼠或爪蟾中报道过。由此我们得到了两对在神经管背腹图式中相互作用的转录因子的调控区域：Nkx6.2和Dbx1、Nkx2.2和Pax6。通过对Nkx6.2和Dbx1的调控保守区的转录因子结合位点的预测，我们发现这四个基因以及Wnt信号之间存在大量的相互调控。然而在这两个基因的调控区，我们没有发现Gli的调控位点，暗示这两个基因可能不受Shh的直接调控。我们还克隆了Dbx家族的两个基因，并检测了它们的时空特异性表达，发现Dbx2是母源性表达的，而Dbx1是合子型基因。这两个基因的表达图式相似，都在神经板中线两侧成线状表达，尾芽期在神经管中部表达。过表达Dbx2抑制神经元的初级分化，说明它可能与Dbx1一样具有维持神经板细胞未分化状态的功能。Dbx2的过表达还抑制Nkx6.2及Dbx1的表达，说明它们可能一起参与了神经管腹侧图式的调控。

非洲爪蛙分泌型叶酸结合蛋白及NKX6.3在早期胚胎神经发育中的功能研究

叶酸是B族维生素的一员，参与体内一系列重要的生命过程包括DNA，氨基酸的合成，调控细胞周期，参与一碳单位供体循环，调节DNA,蛋白质甲基化等。叶酸的许多功能都和叶酸结合蛋白有关，体内有多种跨膜形式的叶酸结合蛋白，比如Folbp1，RFC，HCP等。以前的研究表明这些不同的叶酸结合蛋白具有不同的功能。分泌型叶酸结合蛋白是另外一类叶酸结合蛋白，在人类，小鼠，猪中都有序列报道，但是其功能却知之甚少。 我们在非洲爪蛙中鉴定出一个全新的分泌型叶酸结合蛋白并命名为Secreted Folate Binding Protein(sFBP)。在胚胎和转染细胞系中我们都证明该蛋白是分泌性的，表面等离子共振实验发现sFBP能够结合叶酸。在胚胎早期这个基因表达于粘液腺和神经板区域，神经管闭合后在神经管、粘液腺、眼睛，头部以及鳃弓都有表达。特异morpholino 阻断sFBP翻译后发现粘液腺发育异常，神经管闭合缺陷，前后体轴聚集延伸运动受到抑制，尾芽期胚胎表现出体轴缩短，无眼，小头或无头的表型。进一步研究发现显微注射sFBP morpholino 的胚胎神经板区域细胞发生凋亡，中胚层和神经外胚层的一系列粘附分子表达异常，神经细胞的正常分化也受到抑制。通过显微移植实验我们还发现抑制sFBP的翻译后，神经嵴细胞的正常分化和迁移都受到抑制。但是，显微注射叶酸及其类似物或者显微注射甲基供体S-腺苷甲硫氨酸或者亮氨酸甲基转移酶都不能挽救阻断sFBP造成的表形，由此提示sFBP可能不是通过叶酸传统的参与营养合成或者甲基化的途径发挥作用。我们发现注射sFBP morpholino可以抑制Islet-1mRNA和蛋白质的表达，Islet-1的表达区域与sFBP类似。共同注射Islet-1 mRNA和sFBP morpholino可以极大的挽救sFBP morpholino的表型。最后通过morpholino特异阻断Islet-1的表达后，我们发现其表现出与sFBP morpholino类似的粘液腺发育缺陷，神经板细胞凋亡，小头无眼的表形。由此叶酸是B族维生素的一员，参与体内一系列重要的生命过程包括DNA，氨基酸的合成，调控细胞周期，参与一碳单位供体循环，调节DNA,蛋白质甲基化等。叶酸的许多功能都和叶酸结合蛋白有关，体内有多种跨膜形式的叶酸结合蛋白，比如Folbp1，RFC，HCP等。以前的研究表明这些不同的叶酸结合蛋白具有不同的功能。分泌型叶酸结合蛋白是另外一类叶酸结合蛋白，在人类，小鼠，猪中都有序列报道，但是其功能却知之甚少。 我们在非洲爪蛙中鉴定出一个全新的分泌型叶酸结合蛋白并命名为Secreted Folate Binding Protein(sFBP)。在胚胎和转染细胞系中我们都证明该蛋白是分泌性的，表面等离子共振实验发现sFBP能够结合叶酸。在胚胎早期这个基因表达于粘液腺和神经板区域，神经管闭合后在神经管、粘液腺、眼睛，头部以及鳃弓都有表达。特异morpholino 阻断sFBP翻译后发现粘液腺发育异常，神经管闭合缺陷，前后体轴聚集延伸运动受到抑制，尾芽期胚胎表现出体轴缩短，无眼，小头或无头的表型。进一步研究发现显微注射sFBP morpholino 的胚胎神经板区域细胞发生凋亡，中胚层和神经外胚层的一系列粘附分子表达异常，神经细胞的正常分化也受到抑制。通过显微移植实验我们还发现抑制sFBP的翻译后，神经嵴细胞的正常分化和迁移都受到抑制。但是，显微注射叶酸及其类似物或者显微注射甲基供体S-腺苷甲硫氨酸或者亮氨酸甲基转移酶都不能挽救阻断sFBP造成的表形，由此提示sFBP可能不是通过叶酸传统的参与营养合成或者甲基化的途径发挥作用。我们发现注射sFBP morpholino可以抑制Islet-1mRNA和蛋白质的表达，Islet-1的表达区域与sFBP类似。共同注射Islet-1 mRNA和sFBP morpholino可以极大的挽救sFBP morpholino的表型。最后通过morpholino特异阻断Islet-1的表达后，我们发现其表现出与sFBP morpholino类似的粘液腺发育缺陷，神经板细胞凋亡，小头无眼的表形。由此我们认为sFBP结合叶酸后可能通过细胞膜上的受体传递信号，并且Islet-1可能在sFBP的下游发挥作用。 神经嵴是脊椎动物特有的一群多潜能干细胞，产生于表皮和神经板的边界，在原肠运动之后这群细胞通过表皮间充值转换从神经管背侧迁移到不同的区域，分化成不同的细胞类型，包括外周神经系统，色素细胞，软骨等。神经嵴的发生是一个多步骤多基因参与的精细调控过程。目前理论认为最初由一些分泌性信号分子又叫形态生成素比如BMP,Wnt，FGF，Notch等通过不同浓度梯度的相互作用调节一组在表皮和神经板边界的转录因子（Msx、Pax3/7、Zic1、Dlx3/5等）的表达，即边界决定。这些边界决定因子进一步在预定形成神经嵴的区域激活神经嵴特化基因比如Slug/Snail、FoxD3、Twist、Sox9/10的表达完成神经嵴的特化（Specification）。 Nkx6.3是Nkx6家族的一个转录因子，RT-PCR显示其呈现母源性表达。特异抗体显示Nkx6.3蛋白第9期在整个胚胎都表达，大部分蛋白集中在细胞核，有少部分蛋白定位于细胞膜上；神经板时期主要定位于神经嵴区域的细胞膜上。过表达Nkx6.3会影响细胞粘连分子的表达，由此干扰正常的胚胎原肠运动和Activin诱导的动物帽聚集延伸运动。显微注射Nkx6.3特异morpholino阻断其蛋白表达会抑制神经嵴的marker基因Wnt8，Fgf8，Pax3，Msx1，Zic1，FoxD3，Slug的转录，阻碍神经嵴的发育。在动物帽中单独注射Nkx6.3可以在mRNA水平上诱导Wnt8、Fgf8另一方面抑制BMP4的表达进而诱导神经嵴基因Pax3，Zic1，Slug的表达。报告基因实验也显示Nkx6.3能够激活Wnt信号而在动物帽中抑制BMP信号。Nkx6.3蛋白功能域分析发现其EH1结构域（domain）参与对Wnt8信号的激活，而EH1结构域和HD结构域之间的连接区域（linker domain）参与对FGF的激活和对BMP的抑制。进一步在动物帽和胚胎中分析发现Nkx6.3对Wnt8的激活依赖于FGF家族受体信号但是不依赖于Fgf8。有趣的是4细胞时期过表达Nkx6.3促进Fgf8和Wnt8 mRNA表达，但是抑制边界决定基因Msx1、Pax3和神经嵴特化基因Slug的转录。在32细胞时期显微注射Nkx6.3可以在内源神经嵴发生区域抑制Slug的表达，而异位却诱导Slug的mRNA。我们发现与动物帽中对BMP的调节不同，在胚胎中，过表达Nkx6.3会强烈的激活Smad1蛋白在细胞核中的表达即BMP信号被激活，高的BMP信号会抑制神经嵴的发生。另外我们发现过表达Nkx6.3在胚胎中抑制Dlx5而在动物帽中却不影响Dlx5的表达水平，Morpholino阻断Dlx5会抑制Msx1、Pax3和Slug的表达。BMP信号和Dlx5在动物帽和在整体胚胎中对Nkx6.3的不同响应可以一定程度上解释过表达Nkx6.3在2个系统中对神经嵴基因Slug相反的影响结果。

兔胚胎干细胞分离建系及鉴定以及胚胎干细胞自我更新机制研究

人胚胎干细胞（ESC）的成功分离培养，吸引大批人对干细胞生物学的关注，特 别是ESC 在再生医学及人类早期胚胎发育研究的潜在价值。然而在人ESC 临床应用 之前需要找到合适的动物模型进行大量的预实验研究，从而评价其应用的安全性、有 效性及存活效率。因此，从其它物种建立稳定而可用的ESC 系也是必不可少的。ESC 能无限地自我更新并保持多潜能性，但控制其自我更新的分子机制现在仍然知之甚少 且物种间存在差异，了解ESC 的自我更新有利于提高建系率、改善培养体系及定向 分化体系。本文一方面对ESC 分离培养及自我更新机制的研究进展进行了综述，另 一方面对以下几个方面的内容进行了研究：1）建立了4 株稳定的兔ESC 系，能在体 外进行长期的培养并保持ESC 的多潜能Markers 及正常的XY 或XX 核型，具有碱性 磷酸酶活性、表达Oct-4、SSEA-1、SSEA-3、SSEA-4、TRA-1-60 及TRA-1-81。与人 和小鼠ESC 相似，兔ESC 表达多潜能基因（Oct-4、Nanog、Sox-2 及UTF-1），并表 达了与ESC 自我更新相关的信号通路（FGF、TGFβ及WNT）的许多基因。从形态 来说，兔ESC 与灵长类ESC 相似，但兔ESC 具有较快的增殖能力，与小鼠ESC 相类 似。在体外及体内兔ESC 均能分化成代表原始三胚层的各种细胞类型及组织。2) 从 受体抑制实验及生长因子的联合加入可以得出结论FGF 及TGF 信号通路对维持兔 ESC 的多潜能性发挥着重要的作用，这样的结果与人ESC 相类似。也表明FGF、TGF β及WNT 信号通路在兔ESC 的自我更新中都起着作用，而且他们之间可能形成了信 号调控网络，相互之间有着正负反馈作用。FGF2+Activin A 或TGFβ1+Noggin 的无 饲养层无血清培养体系不仅能显著抑制兔ESC 的分化，且能维持其长期的自我更新。 但与小鼠不同，TGFβ信号通路能影响其增殖能力，而对其多潜能性的维持并没有作 用。这就更说明了兔比小鼠更适宜成为人类疾病临床治疗之前的模型动物。3）四种 猕猴细胞系（MOF、MESF、MFG 和CMESF）可作为饲养层比MEFs（小鼠饲养层 细胞）更好或同等好支持猕猴ESC 的生长，保持其自我更新能力和分化的多能性。 而卵泡颗粒上皮样细胞（MFGE）不能支持猕猴ESC 的自我更新。进一步的研究表明 饲养层支持ESC 生长能力的差异可能是由于基因表达种类以及表达量上的差异而导 致的。

何首乌炮制前后生物活性和化学成分的变化研究

何首乌为常用中药，由何首乌及含何首乌的中成药制剂所引起的不良反应也时见报道，科学阐明不良反应的物质基础并提出解决方案对何首乌的使用十分重要。本论文研究了何首乌炮制前后KM小鼠肝脏毒性基因表达谱、生物活性及化学成分的变化。所获结果支持何首乌炮制的目的是减毒、改性（改变药效），何首乌生、熟异治的观点。制首乌对抑郁症的效果显著优于生首乌，这与本草所记载的何首乌炮制后补肝肾、益精血，归肝、肾经一致。 主要结果如下： 1、 生、制首乌的毒理基因芯片研究结果 何首乌的不良反应主要表现在肝损害方面。本研究建立了生何首乌和制何首乌不同剂量的肝毒性作用模型，体重指标统计发现生何首乌各剂量组平均体重显著下降，中剂量组（10 g/kg.d）体重下降20 %，高剂量组（20 g/kg.d）体重下降42%，50%动物死亡，提示动物机体能量代谢障碍；基因芯片研究结果表明何首乌是CYP450的抑制剂，生何首乌相对于制何首乌CYP3A4、CYP4A5显著下调，导致毒性成分在体内的吸收增加，服用大剂量的生何首乌后产生明显的肝毒性；主要对以下六条Pathway产生影响：①PPAR signaling pathway，主要毒性靶基因有RXRB CYP7a1、Acadl、Apoa2、Cyp4a、 FABP2 、MAPKKK5等基因。②Calcium signaling pathway，主要毒性靶基因有CAMK2B、CACNA1F、S100A1、 F2R、Ryr1、Slc8a2、Camk4 ③Neuroactive ligand-receptor interaction，主要毒性靶基因有Chrm4、 Ntsr2 、 GABRR1、 GRIK3、F2R等基因。④Wnt signaling pathway，主要毒性靶基因有Daam2、Rac1 等基因。⑤Complement and coagulation cascades，主要毒性靶基因有F2R、Serpina1b、Cfi 、FGA等基因。⑥Oxidative hosphorylation，主要毒性靶基因有Atp5e、NDUFA1等基因。生何首乌毒性明显强于制首乌，且生何首乌水煎液的毒性大于生何乌首丙酮提取物的毒性，这一结果表明，何首乌主要的毒性成分很可能并不仅仅是传统所认为的以大黄素为代表的蒽醌类化合物，而是何首乌中大量存在的有效组分二苯乙烯苷与大黄素相互作用的结果，这一研究结果与前述的何首乌对肝药酶的影响是一致的。后续生、制首乌的化学成分差异研究表明，炮制后二苯乙烯苷含量明显降低：生首乌为5.512 %、清蒸制首乌为3.811 %、豆制首乌为3.538 %,大黄素的含量炮制后显著升高,生首乌为0.094 %、清蒸制首乌为0.119 %、豆制首乌为0.126 %。 2 生、制首乌药效差异研究结果 本文采用慢性中等强度不可预知应激刺激模型(chronic unpredictable mild stress, CUMS)和动物行为绝望实验法，研究生、制首乌抗抑郁活性的差异，制首乌（5 g/kg.d）与模型组相比有显著差异（P< 0.01），生首乌制首乌（5g/kg.d）与模型组相比无显著差异，这一结果表明制首乌抗抑郁活性显著优于生首乌。 本文比较了生、制首乌对四氧嘧啶糖尿病模型小鼠血糖的影响的差异，生首乌（5 g/kg.d）与模型组相比有显著差异（P< 0.01），制首乌（5 g/kg.d）与模型组相比无显著差异，这一结果表明生首乌降糖活性优于制首乌。这一结果与历代中医古书中生首乌治疗消渴症（糖尿病）的记载一致。 3生、制首乌化学成分差异的研究结果 本文选用HPLC-DAD指纹图谱技术结合药效成分含量测定来研究生、制首乌化学成分的差异。炮制后，何首乌中的主要化学成分并未消失，只是其含量发生了改变。炮制后二苯乙烯苷含量明显降低：生首乌为5.512 %、清蒸制首乌为3.811 %、豆制首乌为3.538 %,大黄素的含量炮制后显著升高,生首乌为0.094 %、清蒸制首乌为0.119 %、豆制首乌为0.126 %。 综上所述，炮制前后何首乌中二苯乙烯苷和大黄素含量比的变化可能是何首乌炮制减毒、改性的物质基础。 根据上述结果我们建立了生、制首乌的质量控制新模式。 In recent years, some adverse drug reactions (ADR) about some traditional Chinese medicine were reported at times. As a Chinese medicine most in use, the ADRs of Radix Polygoni multiflori (RPM) and the medicines containing the RPM were also mentioned. The resolution of the problems caused by the ADRs is very important for the use of the RPM as a medicine. The process (or preparation) is a significant feature for the clinical use of the Chinese medicine and an important technology for the safe use and good effect of the Chinese medicine. By processing, the toxicity of the Chinese medicine can be reduced, its properties can be changed and curative effect can be enhanced at the same time. The changes of the gene expression profiles for KM mice hepatotoxic effects, and the change of the biological activity and the chemical composition after being processed of the RPm were studied in the present dissertation. The RPm heatotoxicity mechanism and the toxicity target genes were explained on the gene level for the first time. With the antidepressant activity, and the hypoglycemic effect as the target, the differences on the pharmacodynamics between the processed RPm and unprocessed RPm, for the first time, were investigated. The results obtained show that the antidepressant activity of the processed RPM is far higher than the ones of unprocessed RPm. As we know, the results were reported for the first time. The quality control systems (QCS) for the processed and the unprocessed RPm were founded. The HPLC-DAD was used in the systems founded on the basis of the toxicology and the pharmacodynamics experiments. As we know, the OCSs were reported for the first time. The above-mentioned experimental results confirm that the unique process theory of the traditional Chinese medicine (TCM) used for the process of the Radix Polygoni multiflori (RPm) is correct, i.e after being processed the toxicity of the RPm decreases and its Pharmacodynamic effects change. It is known to author that there have been no similar reports in the literatures up to now. The main experimental results are summarized as follows: 1 The results on the mice toxicology gene chip for the unprocessed and processed RPm The KM mice hepatotoxic model caused by the RPm at the different dosages was established in the present study. The results obtained show that the mouse average body weight obviously decreased in the groups at the different dosages of the unprocessed RPm: the 10 g/kg.d .group decreased 20%; 20 g/kg.d. group decreased 42%, and 50% mice died at 20 g/kg.d. group. The main experimental results on the mice toxicology gene chip The RPm is the CYP450 inhibitor. As compared with the processd RPm, the CYP3A4, CYP4A5 of the unprocessed RPm demonstrate the marked downregulation, which leads to the increase of the poison absorbtion into the body with the result that the unprocessed RPm yields the marked hepatotoxication. The hepatotoxication was produced because the following 6 pathways were affected: ①PPAR signaling pathway, the chief toxicity target genes are RXRB, CYP7a1, Acadl, Apoa2, Cyp4a, FABP2 and MAPKKK5 etc. ②Calcium signaling pathway, the chief toxicity target genes are CAMK2B, CACNA1F, S100A1, F2R, Ryr1,Slc8a2 and Camk4 etc. ③Neuroactive ligand-receptor interaction, the chief toxicity target genes are Chrm4, Ntsr2, GABRR1, GRIK3 and F2R etc. ④Wnt signaling pathway, the chief toxicity target genes are Daam2, Rac1 etc. ⑤Complement and coagulation cascades, the chief toxicity target genes are F2R, Serpina1b, Cfi and FGA etc. ⑥Oxidative phosphorylation, the chief toxicity target genes are Atp5e, NDUFA1 etc. The above experimental results, for the first time , demonstrate on the gene level that the unprocessed Rpm toxicity is far stronger than the processed RPm one, and the toxicity of the water decoction of the unprocessed RPm is greater than the one of its acetone extracts, which shows that the chief toxicity components of the RPm are probably not only the anthraquinones, for example, the emodin, but the complex compounds produced by the interaction between the emondin and the stilbene glucoside which is the largest component of the unprocessed RPm. The result is accordance with the above effect of the RPm on the hepatic drugenzyme. Aftter being processed, in fact, the content of the stibene glucoside in the RPm markedly decreases. 2. The results on the pharmacodynamic differences between the unprocessed and processed RPm The results obtained show that the effects of processing on RPm pharmacodynamic behaviour received in the Chinese Material Medica are correct. It is known to author that this is the first experimental result in the research materials now available. The chief results are as follows: For the treatment of the antidepressant, the curative effect of the processed RPm is far better than the one of the unprocessed RPm. By contrast with the above results, the hypoblycemic effect of the unprocessed RPm is better than the one of the processed RPm. 3. The results on the Chemical Composition The results obtained by using HPLC-DAD fingerprint and by the determination of effective component content show that the main chemical components in the RPm after being processed do not disappear, but their contents change. The contents of the stilbene glucoside (SG) and emodin in the different samples were determined as follows: SG contents 5.512 % for the unprocessed RPm 3.811 % for the processed RPm (Steamed) 3.588 % for the processed RPm (black soybean) Emodin contents 0.094 % for the unprocessed RPm 0.119 % for the processed RPm (Steamed) 0.126 % for the processed RPm (black soybean) The combination of above experimental results on the toxicity, the pharmacodynamics and the chemical composition indicates that the changes of the content ratio of SG/emodin may be the substance base of the toxicity decrease and pharmacodynamic changes of the RPM by the processing.

Early expressed genes showing a dichotomous developing pattern in the lancelet embryo

Lancelets (amphioxus), although showing the most similar anatomical features to vertebrates, never develop a vertebrate-like head but rather several structures specific to this animal. The lancelet anatomical specificity seems to be traceable to early developmental stages, such as the vertebrate dorsal and anterior-posterior determinations. The BMP and Wnt proteins play important roles in establishing the early basis of the dorsal structures and the head in vertebrates. The early behavior of BMP and Wnt may be also related to the specific body structures of lancelets. The expression patterns of a dpp-related gene, Bbbmp2/4, and two wnt-related genes, Bbwnt7 and Bbwnt8, have been studied in comparison with those of brachyury and Hnf-3 beta class genes The temporal expression patterns of these genes are similar to those of vertebrates; Bbbmp2/4 and Bbwnt8 are first expressed in the invaginating primitive gut and the equatorial region. respectively, at the initial gastrula stage. However, spatial expression pattern of Bbbmp2/4 differs significantly from the vertebrate cognates. It is expressed in the mid-dorsal inner layer of gastrulae and widely in the anterior region, in which vertebrates block BMP signaling, The present study suggests that the lancelet embryo may have two distinct developmental domains from the gastrula stage, the domains of which coincide later with the lateral diverticular and the somitocoelomic regions. The embryonic origin of the anterior-specific structures in lancelets corresponds to the anterior domain where Bbbmp2/4 is continuously expressed.