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陕西省科学技术一等奖(2010年)---Notch信号途径对组织稳态的维持作用及其意义

2010-11-16 22:29 教学科研办 点击:[]

完成单位:第四军医大学基础部医学遗传与发育生物学教研室

人:梁英民窦科锋王雨生王春梅窦国睿王耀春胡兴斌

获奖时间2010年陕西省科学技术一等奖

项目简介:

组织结构的稳态是成年个体器官执行正确生理功能的基础。组织稳态的丧失是多种人类疾病的共同病理基础,如肿瘤组织中肿瘤细胞的无限制增殖和侵袭、老年退行性疾病中组织正常细胞的丧失、异常炎症反应中不同种类和亚群的免疫细胞数量和功能的异常改变等。因此对组织稳态维持机制的深入了解具有重要的理论和医学临床意义。正常组织稳态可由至少三种因素维持:组织细胞自身的增殖和凋亡;相应干细胞的增殖和分化对组织稳态的维持;免疫系统对老化凋亡细胞的清除。本课题研究发现,Notch信号途径是这三种组织稳态调控的共有机制,在组织稳态维持中发挥重要作用。主要发现有:(1Notch信号途径是维持血管内皮细胞稳态的基本信号。在成年小鼠血管内皮细胞中剔除Notch信号途径的关键转录因子RBP-J,小鼠在角膜、视网膜、肺脏和肝血窦有广泛的自发血管生成,说明Notch信号是维持成年动物血管稳定的核心因素之一。用脉络膜新生血管实验证实RBP-J可在病理性新生血管形成中发挥重要作用。利用Metrigel实验证实RBP-J基因剔除可以引起显著的血管生长增加。通过培养血管内皮细胞和定量PCR等实验,发现RBP-J可以抑制正常血管内皮细胞的增殖,这种抑制作用可能与RBP-JVEGF受体和细胞周期调节分子p21Waf1的调控有关。发现RBP-J基因剔除可以引起小鼠的肝血窦阻塞综合症以及肝细胞的凋亡增加,剔除RBP-J引起肝再生的障碍,并且发现这种肝再生障碍是由于RBP-J基因剔除引起肝血窦内皮细胞分泌肝再生相关因子减少造成。RBP-J基因剔除引起肿瘤新生血管异常。在RBP-J基因剔除小鼠接种肿瘤,发现肿瘤新生血管增加。但是RBP-J缺陷的肿瘤新生血管不能形成正常的血管结构,从而造成肿瘤组织中血液灌流减少和缺氧程度的增加。但这并不一定会引起肿瘤生长的减慢。发现至少在黑色素瘤,接种于RBP-J基因剔除环境会引起肿瘤生长的加速,而在肝癌则可能引起移植瘤转移的增加。(2)以神经干细胞为模型研究了Notch细胞在干细胞维持中的功能和作用机制。建立Nestin-Cre转基因小鼠;证明Cre从小鼠神经发育早期开始表达,表达水平最高的是中脑腹侧和基底节。在这些区域的神经发育早期,Notch信号阻断引起神经球的产生明显增多,但产生的神经球的自我更新能力迅速下降,提示这些神经球主要由神经祖细胞组成。在发育晚期,神经球频率明显下降,伴随有神经元和胶质细胞分化的明显增加,提示神经干细胞的过早消耗。这些结果提示RBP-J介导的Notch信号途径在神经发育早期可以抑制从神经干细胞向祖细胞的分化。利用Chx10-Cre在视网膜祖细胞中剔除了RBP-J。表型分析发现RBP-J基因剔除引起视网膜层次结构的明显破坏。进一步的分子分析证明RBP-J通过-catenin影响视网膜层次结构的形成。在细胞水平,RBP-J基因剔除引起视网膜祖细胞的过早分化,并且引起视网膜神经元和胶质细胞的数目的变化。证明这些变化主要是由RBP-J的下游分子Hes1Hes5介导的。(3Notch信号途径在树突状细胞(DC)和巨噬细胞的免疫应答和组织稳态维持中发挥重要作用。在成年动物剔除RBP-J后,发现外周淋巴组织和外周血中的DC数量明显下降而巨噬细胞数目增加。更重要的是,Notch信号途径对这两种细胞的功能状态有重要的调控作用。在DCNotch信号途径是DC成熟的关键因素,剔除RBP-J使DC处于未成熟状态,不能激活进一步的细胞免疫。发现在DC中,趋化因子受体CXCR4Notch信号下游调控DC成熟。在巨噬细胞,Notch信号途径调控巨噬细胞的M1M2极化:Notch信号对于M1极化是必需的,同时可抑制M2极化的发生。这些结果对于理解肿瘤相关巨噬细胞的形成机制具有重要意义。(4Notch信号途径的转录激活活性的调节的分子机制。发现了LIM结构域蛋白KyoT2可以将转录共抑制物PcG蛋白募集到RBP-J,从而抑制RBP-J的转录活性。发现KyoT2受到蛋白质SUMO化修饰系统的E3连接酶PIAS1催化的SUMO化修饰的调节。发现了核基质蛋白MINT可以调节Notch信号途径的关键转录因子RBP-J,并通过CRYBP1结合于II型胶原的增强子并抑制II型胶原的转录,证明MINT通过其C末端的SPOC结构域将HDAC募集到II胶原增强子发挥转录抑制作用。

主要完成人简介:

韩骅,第四军医大学基础部医学遗传学与发育生物学教研室主任,教授、博士生导师。中国生物化学与分子生物学学会陕西分会理事、全军生物化学与分子生物学专业委员会委员,中国神经科学学会分子神经生物学专业委员会委员,解放军神经科学研究所细胞与分子神经生物学研究室兼职主任,中华医学会及中华医学科技奖评审委员会委员,国家自然科学基金委员会生命科学部专家评审组成员,中华医学遗传学分会第六届委员会委员.获军队科技进步一等奖1项,陕西省科学技术一等奖1项.近五年来承担国家杰出青年科学基金项目、国家自然科学基金重点项目、国家重点基础研究发展规划(973)项目、国家教育部跨世纪优秀人才基金项目等10余项课题。发表SCI论文30余篇,参编学术著作7部。

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