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ccdc57 is required for straightening the body axis by regulating ciliary motility in the brain ventricle of zebrafish

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Journal of Genetics and Genomics 2023年第4期50卷 253-263页

作者： Lu Li Juan Li Yuan Ou Jiaxin Wu Huilin Li Xin Wang Liying Tang Xiangyan Dai Conghui Yang Zehong Wei Zhan Yin Yuqin Shu State Key Laboratory of Developmental Biology of Freshwater Fish College of Life SciencesHunan Normal UniversityChangshaHunan 410081China College of Life Sciences Hunan Normal UniversityChangshaHunan 410081China School of Life Sciences East China Normal UniversityShanghai 200241China Key Laboratory of Freshwater Fish Reproduction and Development Ministry of EducationSouthwest UniversityChongqing 40715China State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology Institute of HydrobiologyChinese Academy of SciencesWuhanHubei 430072China

Recently,cilia defects have been proposed to contribute to ***,we demonstrate that coiled-coil domain-containing 57(ccdc57)plays an essential role in straightening the body axis of zebrafish by regulating ciliary beating in the brain ventricle(BV).Zygotic ccdc57(Zccdc57)mutant zebrafish developes scoliosis without significant changes in their bone density and calcification,and the maternal-zygotic ccdc57(MZccdc57)mutant embryos display curved bodies since the long-pec *** expression of ccdc57 is enriched in ciliated tissues and immunofluorescence analysis reveals colocalization of ccdc57-HA with acetylated a-tubulin,implicating it in having a role in ciliary *** examination reveals that it is the coordinated cilia beating of multiple cilia bundles(MCB)in the MZccdc57 mutant embryos that is affected at 48 hours post fertilization,when the compromised cerebrospinal fluid flow and curved body axis have already *** ccdc57 m RNA injection or epinephrine treatment reverses the spinal curvature in MZccdc57 mutant larvae from ventrally curly to straight or even dorsally curly and significantly upregulates urotensin *** study reveals the role of ccdc57 in maintaining coordinated cilia beating of MCB in the BV.

关键词： Scoliosis CSF ccdc57 Cilia Epinephrine Urotensin

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ccdc57基因敲除导致斑马鱼脊柱侧弯的机制研究

ccdc57基因敲除导致斑马鱼脊柱侧弯的机制研究

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作者：李璐湖南师范大学

学位级别：硕士

脊柱侧弯影响着世界上约3%的儿童,严重的会引起胸廓畸形和心肺功能异常。目前对该病的致病机理知之甚少,治疗也局限于体外器械辅助治疗,需要建立更多的脊柱侧弯模型,进一步完善该领域的基础研究。斑马鱼脊柱所受流水阻力与人类直立行走... 详细信息

脊柱侧弯影响着世界上约3%的儿童,严重的会引起胸廓畸形和心肺功能异常。目前对该病的致病机理知之甚少,治疗也局限于体外器械辅助治疗,需要建立更多的脊柱侧弯模型,进一步完善该领域的基础研究。斑马鱼脊柱所受流水阻力与人类直立行走脊柱所受重力相似,可用于建立脊柱侧弯模型。本实验中通过CRISPR/Cas9基因编辑技术对coiled-coil domain containing 57(ccdc57)进行基因编辑,获得了丢失10个(-10bp)和4个(-4bp)碱基的有效纯合突变品系,2个敲除品系均出现典型的脊柱侧弯表型,F3代纯合子于受精后48小时出现脊柱末端向腹面弯曲。通过回补注射野生型ccdc57RNA能够有效挽救F3代纯合子早期的脊柱末端弯曲症状,证实ccdc57缺失与斑马鱼脊柱侧弯相关。胚胎原位杂交检测显示ccdc57并不在脊柱表达,钙黄绿素和micro CT检测显示敲除斑马鱼的硬骨发育进程与野生型斑马鱼没有显著差异,说明ccdc57并不直接调控脊柱骨骼发育。有研究表明斑马鱼纤毛缺陷引起的脑脊液流动障碍与脊柱侧弯发生相关,而ccdc57胚胎期主要在纤毛丰富的脑室表达,扫描电镜检测显示敲除斑马鱼脑室内纤毛密度显著低于野生型斑马鱼,通过大分子荧光染料标记脑脊液流动发现敲除斑马鱼脑脊液流动较慢,揭示ccdc57缺失影响脑室纤毛发育导致脑脊液流动变慢。最新研究表明脑脊液流动缓慢引起的肾上腺素缺乏导致尾加压素信号减弱,从而导致背部慢肌收缩障碍,引起脊柱向腹面弯曲。在ccdc57敲除斑马鱼中,通过浸泡补充肾上腺素能够有效挽救早期的脊柱末端弯曲症状。荧光定量PCR检测显示,敲除斑马鱼的尾加压素Irp1、尾加压素IIrp2,尾加压素受体uts2r和uts2ra表达均下降,经肾上腺素浸泡处理和注射野生型ccdc57 mRNA挽救后,敲除斑马鱼的尾加压素及其受体表达均上调,证实ccdc57通过肾上腺素和尾加压素信号来调控体轴。本文研究表明:斑马鱼ccdc57基因与脑室纤毛发育相关,从而影响脑脊液的流动,并进一步通过肾上腺素诱导尾加压素及其受体以维持体轴的正常发育。本研究首次揭露了ccdc57在脑室纤毛发育和体轴发育中的重要作用,进一步完善了脊柱侧弯的遗传因素和致病机理。

关键词：斑马鱼 ccdc57 脊柱侧弯纤毛 CRISPR/Cas9

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