文摘
鸡肉和斑马鱼定期两种模型用于研究脊椎动物发展的甲状腺激素的作用。类似于哺乳动物,鸡有一个甲状腺激素受体α(TRα)和一个TRβ基因,导致三个TR亚型:TRα,TRβ2,TRβ0,后者与短伴域。斑马鱼也有一个TRβ基因,提供两个TRβ1变种。斑马鱼的TRα基因被复制,至少三个TRα亚型表达:TRαA1-2和TRαB非常相似,而TRαA1具有长carboxy-terminal配体结合域。所有这些似乎TR亚型功能,配体结合受体。和其他脊椎动物一样,不同的鸡肉和斑马鱼TR种类有不同的时空表达模式,这表明他们也有不同的功能。几个亚型表达从第一阶段的胚胎发育和鸡肉和斑马鱼早期胚胎对甲状腺激素治疗基因表达的变化。未来的研究在击倒和变异动物应该允许我们链接不同的TR亚型在胚胎发育特定的进程。
1。介绍
甲状腺激素(黑色)发挥重要作用在发展通过控制增长和几乎所有脊椎动物体内器官的分化。虽然不完全,他们行为主要通过绑定到细胞内TH受体(TRs),核受体超家族的成员。TRs ligand-inducible转录因子结合的3、5、3′三碘甲状腺氨酸(T3)或亲和力较低3、5、3′,5′-tetraiodothyronine或甲状腺素(T4)。他们功能为或优先与其他成员形成相同的受体家族,特别是类维生素a X受体(rxr)。TRs识别特定DNA序列TH-responsive基因的启动子区域,可以绑定到这些TH响应元素(非常)即使没有配体。一般来说,unliganded TRs注定要一组辅阻遏物导致基因转录的活跃的镇压。配体结合产生一个构象的变化,导致释放辅阻遏物和招聘的辅活化因子和基因转录的刺激。基因转录的分子机制参与TR-mediated最近被其他作者详细审查(例如,1- - - - - -4])。
第一个明确证据的需要这笔在脊椎动物发展来自青蛙,不是控制从水生幼虫过渡到陆地青少年在蜕变。从那时起,这已经被证明参与不仅在产后/ posthatch开发还在早期阶段,在哺乳动物和相同的物种。所有的脊椎动物胚胎获得手早在胚胎甲状腺激素分泌开始,通过经胎盘的转移在哺乳动物5)或TH沉积在蛋黄其他脊椎动物(6,7]。这些黑色是否可以影响早期发展很大程度上取决于TRs的物种的存在和组织分布调查。在本文中,我们试图总结信息为脊椎动物胚胎发育两种模型相同。鸡是一个历史悠久的模型研究早期发展。它胚胎的主要模型一个多世纪以来,最近变得更加强大的由于获得的可能性——和功能丧失技术(8]。斑马鱼出现最近但成为主流模式生物分子方面的发展非常迅速,因为它结合了一个外部发展和相对较短的一代时间与几位基因操作的可能性9]。
2。不同亚型的核受体
脊椎动物通常有两个TR基因位于不同的染色体编码,分别甲状腺激素受体α(TRα)和甲状腺激素受体β(TRβ)。由于祖先的基因重复,一些脊椎动物相同,包括一些鱼,有两个TRα编码基因(10]。每个TR由一个伴监管领域,中央dna结合域和carboxy-terminal hormone-binding域。后者不仅结合手,但也与辅阻遏物和辅活化因子,参与互动和二聚作用的受体。的结构和功能守恒在脊椎动物进化TRs一直很好。他们似乎来自一个TR基因有共同祖先TR头索动物中发现的基因文昌鱼和海鞘Ciona,有趣的是即使在吸虫裂体吸虫属。这表明,TR基因的起源可以追溯到早期在动物进化11,12]。每个脊椎动物TR基因通常引发了许多变体通过可变剪接和转录起始点的不同的使用。在啮齿动物,这导致三个hormone-binding TRβ变异(TRβ1、TRβ2,TRβ3)伴域不同,一个hormone-binding TRα变体(TRα1)和两个TRα变异(TRα2和TRα3)有不同的羧基端和激素无法绑定。此外,一些截断TRs已确定(TRΔβ3,TRΔα1,TRΔα2)有能力将手但不能绑定到非常1]。到目前为止,鸡肉和斑马鱼的TR亚型识别更受限制的,但是一个更彻底的调查可能大大增加他们的数量发生在啮齿动物在过去几十年。
核结合位点的存在T3首先是老鼠在早期年代所示(13,14]。大约十年后,在鸡胚相似的研究表明,这种结合位点在胚胎发育早期已经存在,在肝脏、大脑和肺组织(15- - - - - -17]。此外,这些研究表明,发生了变化T的值3绑定在开发和之一,虽然核净化大脑的胚胎(E9)绑定T3两次一样好T4,这种转移到T的5倍更好的结合3在E1716]。这导致了建议也许超过一种类型的结合位点是目前在开发过程中,他们的相对丰度可能会改变。
识别的第一步TRs的分子结构是由鸡所示时,老鼠的细胞对应v-erb-A基因编码的一种蛋白质绑定T的能力3与之前相同的亲和力识别核结合位点(18,19]。因此,很明显,前面描述的鸡c-erb-A基因(20.是鸡的基因TRα(18]。几年后,cDNA编码鸡TRβ是为特征。这cTRβ人类和老鼠TR相似β序列标识,但它有一个更短伴域(21,22]。不久之后另一个TRβ有更长的伴域被确定(23]。这只老鼠TR相似β2,因此cTR命名β2,发现短TRβ被任命为TRβ0 (23]。结果表明:TRβ2在transactivation更有效率的记者比TR基因β0 (23,24]。所有三个鸡TR亚型有功能性hormone-binding域和绑定T3与亲和力高于T4。没有描述截断或non-ligand-binding变异。比较结构的鸡和鼠标TR变异图给出1。
(一)
(b)
两个TR基因在斑马鱼最初确定,TRα和TRβ,成绩单TRα1和TRβ1 (26,27]。斑马鱼TRα1显示一个高相似性与TRα年代与其他脊椎动物,但它有14个额外carboxy-terminal氨基酸没有发现任何其他已知的TR (26,28]。斑马鱼TRβ1所有其他TR的典型结构β年代包括短伴域(27,29日]。一年之后,第二个TRβ同种型描述有九胺酸插入DNA之间的铰链区-和配体结合域28),一个特性中发现几个硬骨鱼类的TRβ但不是在其它脊椎动物类别(30.]。比较TR的活动α和TRβ蛋白质建议TRβ1 transactivating活动ligand-dependent和压抑在缺乏T3同时,TRα本构transactivating活动没有配体(27,31日]。
直到最近这是表明由于祖先的基因重复,斑马鱼有两个TRα基因,他们都表达了(10,32]。最初确定的TRα基因因此被重命名thraa,而第二个thrab。的thraa基因产生至少两种蛋白质:TRαA1和TRαA1-2。TRαA1对应于原始TRα1 carboxy-terminal扩展而TRαA1-2没有这个扩展(32]。所谓的F域扩展不改变TR的总体结构αA1,但它降低了受体的转录活动通过改变其亲和力斑马鱼共激活剂NCoA2 [32]。TR的配体结合域的序列αB,成绩单的编码thrab基因,非常类似于TR之一αA1-2,但基于预测的序列,它可能有一个短伴域和一些拼接变化可能功能的后果32]。所有上面提到的斑马鱼TRs功能hormone-binding域。然而,有证据表明存在TRβ2记录可能编码一个截断TR与一个完整的dna结合域但没有配体结合域(33]。比较结构的斑马鱼和小鼠TR变异图给出1。
3所示。TRs在胚胎发育阶段的表达和分布
鸡肉和斑马鱼的表达模式TRs迄今为止研究为主,如果不是全部,在mRNA水平使用北部污点等技术分析,原位杂交(ISH)和定量逆转录聚合酶链反应(存在)。虽然伊什是唯一提供信息技术特异性分布模式,存在是迄今为止最敏感。这种差异在检测极限时必须考虑比较来自不同群体的结果发表。
鸡胚胎发育需要三个星期从一开始孵化的孵化。在小鸡胚胎早期的研究表明TRα表达比TR早吗β。TRα信使rna已经检测到第一天的孵化和包埋伊什胚胎孵化的18到33小时后显示最高的表达neurectoderm [34]。当时,TRβ表达式被发现极低(34]。TR的优势α证实了早期北方污点分析显示TR的存在α信使rna在大脑中,红细胞和卵黄囊在E4, TRβ0 mRNA只能检测到从E7开始在卵黄囊21,35]。使用一个核糖核酸酶保护试验,TRβ2 mRNA首次检测到E6,特别是在视网膜上(23]。最近,中存在的分析自己的小组证明,所有三个已知的鸡TR变体已经表示在E4的大脑。分析大脑不同区域的E4 E12汽油显示一个明确的和逐渐增加的TRα端脑的信使rna水平、中脑和后脑(包括小脑、脑桥和脑脊髓),而增加在中脑边缘。相比之下,TR的表达式β0和TRβ在中脑和后脑2明显增加,而只有一个小端脑和中脑(图2)。
(一)
(b)
(c)
几项研究在老年胚胎已经证实TRα和TRβ表达的时空的不同模式和TR吗α是同种型分布最广。北部污点分析胚胎组织从孵化的第二周开始显示TRα表现在大脑、眼睛、肺、肾、心、肝、肠、肌肉,脾脏,血红细胞、卵黄囊21]。高表达在胚胎红细胞证实了早些时候的发现了伊什(35]。TRβ0对北部污点仅限于大脑信号,眼、肺、肾、卵黄囊(21]。伊什对胚胎大脑样本显示,TRα和TRβ主要是表现在小脑。然而,尽管TRα大量存在于E15 E19小脑,TR吗β0表达式仍然是淡淡的E19孵化后,增加了(36]。同一研究小组还发现,在眼睛的发展过程中,有一个转变,从一个相对较高的TRβ2表达TR的优势β0对胚胎发育的最后几天21]。我们组再次使用中存在分析TR的表达β2组织晚期胚胎和早期posthatch小鸡。它被发现,因为在哺乳动物中,TRβ2表达非常限制在外围组织。在E18这种受体主要表达于大脑,甲状腺,松果体、脑垂体、和视网膜,具有明显的优势在视网膜37,38]。更详细的分析在间脑,垂体,甲状腺显示稳定E20 E14灯头的表达增加。然后在间脑和垂体水平稳定,但他们继续增加甲状腺(38]。
斑马鱼发展从受精到孵化只需要3天。胚胎很小,大多数研究完整的胚胎已经汇集了RNA的提取和量化TR mRNA水平。研究表明,TR的北部污点αA1 mRNA显然是出席的开始发展但这些水平迅速下降对早期原肠胚阶段。这可能反映了孕产妇成绩单的消失,因为TRαA1只是存在于大量在卵巢和睾丸的成年斑马鱼(26,32]。合子的TR的表达αA1 mid-blastula过渡约3小时后可以证明postfertilisation(高通滤波器)使用核糖核酸酶保护和中存在,但在胚胎和幼体发育水平仍然很低26,32]。相比之下,消失后的产妇TRαA1-2和TRαB mRNA,受精卵的这些TR亚型的表达增加5 - 28-fold,分别在4天幼虫后受精(dpf)相比,胚胎在1 dpf [32]。除了高山和同事的最新研究32),可用的rt - pcr表达数据都使用引物只基于获得的thraa序列,也不允许来区分不同的TRα一个记录。转录水平TRα一个和TRβ已经在第一次12细胞周期的斑马鱼相比受精卵(0 - 4高通滤波器)使用半定量rt - pcr。结果表明,产妇TR的水平α成绩单是高于TR的水平β1成绩单,已经都有退化的阶段。合子的TR的表达α一个和TRβ1记录可能已经在8 - 16-cell阶段,之前mid-blastula过渡和TR的增加α似乎在增加TRβ1 (27]。同一研究小组继续研究后期,TR的显示或多或少稳定表达α1、2和3 dpf, TRβ之间,表达增加早期原肠胚阶段(5 - 6高通滤波器)和2 dpf (39]。我们测量TRα定期存在的表达在胚胎发育过程中,证实了相对较高的mRNA水平8高通滤波器紧随其后的是低水平直到孵化(7]。对TRβ我们发现或多或少稳定mRNA水平在胚胎发育,其次是迅速增加孵化(25)(图3)。数据的伊什大范围的核受体的研究显示没有或只有基线信号TRα在斑马鱼胚胎,TRβ表示从大约30高通滤波器起在视网膜和大约40高通滤波器也开始在中期和后脑10,40]。
4所示。胚胎发育期间TR-Mediated行动的
甲状腺激素发挥重要作用在大多数鸡器官的发育和成熟,在所有脊椎动物一样。除了手是重要的在鸡卵黄囊收缩和孵化41]。而很明显,核TR-mediated基因转录是极其重要的在这些发展的控制过程中,对每个不同的特定角色TR亚型。在哺乳动物中,在转基因小鼠的研究做出了重大贡献,加深了我们对每个hormone-binding TR变体的作用,导致的结论是,所有人似乎都有独特的和冗余功能(42- - - - - -44]。考虑到高相似度的鸡TRα,TRβ0,TRβ2与哺乳动物TRα1、TRβ1,TRβ2,这也可能是在鸡和一些研究确实在那个方向。
TR的相对较高的表达α在neurectoderm头两天的孵化表明这种受体发挥着重要的作用在神经系统的早期发展34]。此时此刻,我们仍不清楚是否TRs在那个阶段的主要功能是镇压unliganded基因转录的状态或低的TH胚胎是否已经控制基因转录的ligand-dependent刺激。后者是可能的因为T3显示在第一天的胚胎孵化T的高剂量和管理3打扰神经管和大脑的发展34]。我们发现E4胚胎有效占用这笔盈余的蛋黄和注射激素在那个阶段有能力改变一些TH-responsive基因的表达,包括TRs、胚胎大脑,这表明ligand-dependent控制基因转录是可能的在这些早期阶段(45,自己的未发表的结果)。TR蛋白质的upregulation T3发现在下丘脑神经元E6胚胎保存在文化还指出,早期的TRs TH-dependent生理行为的影响(46]。
TR的相对较高的表达水平β2 E6及其递减之后显示这个特定的TR同种型对视网膜发育的早期阶段(很重要23]。蛋中蛋治疗E7 E12汽油胚胎和T4加速角膜的成熟47),但因为所有三个TR亚型表达在鸡的眼睛E9 [21,23),这种效果不能与一个特定的受体亚型。在开发、TRβ2似乎是重要的反馈调节促甲状腺轴。我们发现在间脑和垂体的表达水平有密切的平行增加血浆T4从E14灯头转向最大E20和减少。此外,30分钟在体外暴露E18脑垂体后10或100海里T4或T3减少了TRβ2表达超过一半(38]。这将同意TR的角色β2中描述的规定TSH和韦生产在老鼠48,49)和T的负面影响3在TRβ介导的转录皇室中发现胚胎的主要文化小鸡下丘脑神经元是暂时性的转染与TRα或TRβ(50]。
描述不同的斑马鱼胚胎发育的TRs的作用是由于资料的缺乏,他们的组织分布这些早期阶段,因为在很多研究中使用的引物或探针,包括我们自己的,不允许明确识别不同的成绩单。此外,大量的基因已经被撞倒了使用特定吗啉代反义寡聚物研究他们的角色在斑马鱼胚胎发育,TR基因似乎没有注意到。有人建议,一开始的发展,在缺乏TH, TRαA1功能主要是作为转录抑制因子,它可能抑制维甲酸信号在囊胚和gastrula-stage胚胎(26]。过度的TRαA1在早期发展干扰视黄酸的作用建立前后的轴在中枢神经系统,导致严重破坏的喙的后脑(51]。然而,尽管周围的斑马鱼甲状腺激素分泌才开始孵化,斑马鱼胚胎占用这笔从蛋黄,甚至可能发生激素依赖性刺激基因转录在早期胚胎。我们表明,当胚胎饲养中包含5 nM T3胚胎,激素水平急剧增加,伴随的加速发展率和孵化。我们还观察到TR的表达增加α在T3在48个高通滤波器相比,控制治疗胚胎,而TRβ表达式是不改变7]。其他调查人员发现,沉浸在5 nM T3第一个表达下调TRα一个和TRβ1的水平,而继续治疗72高通滤波器导致upregulation两个基因的表达(27]。同一组显示,T3治疗斑马鱼胚胎从48高通滤波器调节TRα和TRβ表达,而药物胺碘酮,可以绑定到TRs强烈抑制TR和抵销他们行动α和TRβ表达式。这表明,在鸡胚早期,TH能发挥积极的自身调节的反馈控制在其受体的转录39]。这赞同我们的研究,我们可拆卸2型iodothyronine deiodinase,酶转化T4的receptor-active T3。在这些胚胎,TRα表情略低24高通滤波器和31个高通滤波器相比,控制,和TRβ表达明显减少(52]。
5。结论
和其他脊椎动物一样,几个TR亚型在鸡肉和斑马鱼已确定。似乎都是全功能的受体和到目前为止没有截断TRs特征。不同的TR变异表达在胚胎发育在时空的不同模式。在哺乳动物中,似乎有一种优势的TRα在TRβ表达在胚胎发育的早期阶段,在这两个物种。在胚胎甲状腺变得活跃,鸡肉和斑马鱼胚胎获得这笔来自蛋黄孕产妇存款,它已被证明,TH政府早期胚胎可以刺激TH-dependent基因的转录。然而,在哺乳动物中,目前尚不清楚是否TRs主要动作的第一个发展阶段是镇压unliganded形式或基因转录的基因转录后配体结合的刺激。我们还需要更多的数据能够连接不同的TR亚型在胚胎发育特定的进程,特别是在斑马鱼。结合数据可以从青蛙和哺乳动物,这将允许识别isoform-specific行动已经在脊椎动物进化保守。击倒的研究和基因突变体胚胎的使用肯定能有助于解决这些问题在不久的将来。这将进一步增加这些外部的吸引力为功能基因组学研究与开发模式物种解说的作用及其受体在人类发展和健康。