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缺了它,胚胎发育有大风险!——Snai1基因【每周一鼠】

Snai1基因

Snai1基因编码的核蛋白,参与诱导上皮间质转化(EMT)、胚胎中胚层的形成和维持、生长停滞、存活和细胞迁移,该基因的异常与胚胎发育异常有关。赛业生物《每周一鼠》,每周五更新,为大家讲解一个小鼠模型的故事,希望对大家了解不同的小鼠模型有所帮助。今天和大家见面的是Snai1基因编辑小鼠。

 

Snai1基因简介

果蝇蜗牛蛋白是一种锌指转录抑制因子,可下调中胚层内外胚层基因的表达,Snai1基因编码的核蛋白在结构上与果蝇蜗牛蛋白相似,也被认为对发育中的胚胎中胚层形成至关重要。该基因参与诱导上皮间质转化(EMT)、胚胎中胚层的形成和维持、生长停滞、存活和细胞迁移。其相关途径包括胚胎、诱导多能干细胞、谱系特异性标志物以及细胞骨架重塑Rho GTPa酶对肌动蛋白细胞骨架的调控。

Snai1基因

图1. Snai1基因相关信息

Snai1基因

图2. Snai1蛋白结构

 

Snai1相关疾病介绍

Snai1基因参与诱导上皮间质转化(EMT)、胚胎中胚层的形成和维持、生长停滞、存活和细胞迁移等。

 

胚胎发育是从受精卵到胚胎出离卵膜的过程。脊椎动物的胚胎发育是由具有干细胞样特性的专用轴向祖细胞以从头到尾顺序发育。胚胎发育异常的诱因多种,如染色体异常(影响正常发育、畸形)、内分泌因素(母本内分泌失调,孕酮等激素分泌异常)、存在免疫性抗体、化学物品、感染以及烟酒等。胚胎发育异常多表现为畸形、停止发育、胎心弱等,该病遵循对症治疗的原则,畸形者多采取引流的措施[1,2]

 

Snai1条件性基因敲除小鼠

Murray SA[3]等人在Snai1基因1号和2号外显子两侧插入loxp位点,产生Snai1flox/flox小鼠(图3)。

 

Dias A等人将Snai1flox/flox小鼠与Meox2-Cre杂交,产生外胚层特异性Snai1敲除小鼠。研究结果表明,E9.5时,Snai1-cKO(Meox2-Cre+/0;Snai1flox/−)胚胎小于WT小鼠胚胎,Snai1-cKO胚胎的尾芽被胚胎躯干区域尾部突出的突起所取代,该突起由一个上皮样层组成,该层向后延伸至躯干神经管(图4)。以上结果表明,Snai1是轴向祖细胞形成尾芽所必需基因[2]

 

Murray SA[4]等人将Snai1flox/flox小鼠与Meox2-Cre杂交,产生外胚层特异性Snai1敲除小鼠(Snai1-cKO)。研究结果表明,在E8.5时,与WT胚胎相比,Snai1-cKO胚胎表现出发育不良的尿囊,其未能与绒毛膜融合,并在靠近原始条纹的背侧突出的后部凸起,凸出的条纹区域有异位E-钙粘蛋白表达,突变胚胎的凸起部可见大量凋亡细胞(图5)。结果表明,Snai1-cKO胚胎中的原始条纹缺陷。

Snai1基因

图3. Snai1flox/flox小鼠构建方式。

Snai1基因

图4. Snai1-cKO小鼠尾芽发育异常表型

 

图注:A:在E9.5野生型(WT)和Snai1-cKO胚胎中与所示探针进行整体原位杂交。仅有Snai1-cKO胚胎(红色箭头)尾部突起的上皮细胞出现轴向祖细胞相关标志物Fgf8、Nkx1-2、Cyp26a1异常。Tbx6除了在其间充质表达外,在凸起的上皮样成分(黑色箭头)中也观察到Tbx6表达。Msgn1存在于前体中胚层和凸起的间充质成分中。图中Noto染色胚胎中的白色箭头表示小鼠脊索在没有Snai1的情况下分叉或倒置生长。Snai1-cKO胚胎的凸起区域(白色箭头)检测不到Sox2表达。Foxa2标记胚胎(黑色箭头)指出Snai1-cKO胚胎中肠内胚层后端的异常定位。B:E9.5 Snai1-cKO和WT后/尾结构的3D重建:神经管(绿色)、开放外胚层(浅绿色)、体前中胚层(浅蓝色)、体节(深蓝色)、脊索(红色)和内胚层(黄色)。在这个阶段,Snai1-cKO胚胎的异位隆起形成了一种类似于异常延伸的开放外胚层的结构,而闭合的神经板未能向尾侧延伸。脊索通常分叉,一端在后肠内胚层之后,与胚胎结构的其余部分分离(黑色箭头)。

Snai1基因

图5. Snai1-cKO小鼠发育异常表型

 

图注:A~C:E8.5 时 Snai1-cKO胚胎后部形态的缺陷,在后部原始条纹中观察到一个突出的凸起; B、C:T基因的整体原位杂交以观察中胚层形貌。D~F: 对照(D)和Snai1-KO(E和F)胚胎横切面的苏木精和伊红染色。G-I:对照和突变胚胎的E-钙粘蛋白免疫荧光显示E-钙粘蛋白表达(箭头)保留在原始条纹区域。J-L:TUNEL染色表明突变胚胎凸出的原始条纹区域中新生中胚层的广泛凋亡(K中的箭头)。M-O:通过磷酸组蛋白H3免疫染色鉴定的有丝分裂细胞,表明Snai1-cKO胚胎的增殖水平正常。

 

总结

小鼠Snai1功能的丧失所致的胚胎发育异常具有潜在临床价值,对该基因的深入研究有助于探讨胚胎发育异常的发病机制,同时亦有助于此类疾病治疗新方法的研究。

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参考文献

1. Stern CD, Charité J, Deschamps J, Duboule D, Durston AJ, Kmita M, Nicolas JF, Palmeirim I, Smith JC, Wolpert L. Head-tail patterning of the vertebrate embryo: one, two or many unresolved problems? Int J Dev Biol. 2006;50(1):3-15. doi: 10.1387/ijdb.052095cs. PMID: 16323073.

 

2. Dias A, Lozovska A, Wymeersch FJ, Nóvoa A, Binagui-Casas A, Sobral D, Martins GG, Wilson V, Mallo M. A Tgfbr1/Snai1-dependent developmental module at the core of vertebrate axial elongation. Elife. 2020 Jun 29;9:e56615. doi: 10.7554/eLife.56615. PMID: 32597756; PMCID: PMC7324159.

 

3. Murray SA, Carver EA, Gridley T. Generation of a Snail1 (Snai1) conditional null allele. Genesis. 2006 Jan;44(1):7-11. doi: 10.1002/gene.20178. PMID: 16397867.

 

4. Murray SA, Gridley T. Snail family genes are required for left-right asymmetry determination, but not neural crest formation, in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Jul 5;103(27):10300-10304. doi: 10.1073/pnas.0602234103. Epub 2006 Jun 26. PMID: 16801545; PMCID: PMC1502452.

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