斑馬魚脊髓損傷後軸突再生中關鍵候選基因的篩選

斑馬魚和人類的基因組具有較高的同源性,所以斑馬魚是一種理想的再生模型。和哺乳動物不同,斑馬魚在脊髓損傷後的6-8周可以出現神經細胞的再生及增殖,並且可以實現神經功能的恢復。然而斑馬魚脊髓損傷後並不是所有的軸突都可以實現再生,目前這其中的機制尚未完全研究清楚。

中國天津醫科大學李家合等的一項最新研究,擬應用生物信息學方法分析斑馬魚脊髓損傷後可再生軸突的神經元及無軸突再生的神經元之間的差異基因,進而從基因層面進一步探討斑馬魚脊髓損傷後軸突再生的關鍵基因和通路,並且為哺乳動物脊髓損傷的治療提供新的研究靶點。在Gene Expression Omnibus(GEO)數據庫中應用在線工具GEO2R分析斑馬魚基因芯片GSE56842,並篩選出差異表達基因。並對差異表達基因進行功能富集分析及蛋白互作網絡分析。篩選可能在斑馬魚及哺乳動物脊髓損傷後發揮修復作用的基因及通路。結果顯示,實驗共得到顯著差異表達基因636個,其中在軸突再生神經元中上調的差異表達基因為255個,下調差異表達基因為和381個。結果顯示,差異表達基因的GO條目富集分析結果發現,差異基因主要富集在神經元分化、細胞骨架、線粒體電子傳遞等條目。其中上調的差異表達基因主要富集於細胞色素氧化酶活性、細胞骨架、線粒體電子傳遞、離子運輸、神經系統發育等相關條目。下調的差異表達基因主要富集在多細胞生物的發育、神經發生的負調節、細胞分化、Notch信號通路、髓鞘形成等相關條目。差異表達基因的KEGG信號通路富集結果顯示,在脊髓損傷後出現軸突再生的神經元中上調的差異表達基因主要富集在氧化磷酸化、Wnt信號通路、減數分裂、脂肪酸降解等信號通路。下調基因主要富集在氨基酸代謝、氨基酸合成、轉化生長因子β信號通路、Notch信號通路。蛋白互作結果顯示,互作網絡共包含480個節點基因和1976個節點連接。並得到相關性最高的10個節點基因及得分最高的2個互作模塊。第一個富集模塊中的基因主要富集在焦點黏附、緊密連接及細胞骨架的調節。第二個富集模塊中的基因主要富集在細胞因子相互作用、轉化生長因子β信號通路、黑素形成、氧化磷酸化。

試驗首次應用生物信息學方法分析斑馬魚脊髓損傷後有再生軸突的神經元和無軸突再生神經元之間的差異基因,並且找到一些可能參與斑馬魚和哺乳動物脊髓損傷後修復的基因和通路,有助於更好地瞭解斑馬魚脊髓損傷後的修復機制,併為哺乳動物脊髓損傷治療提供新的研究靶點。

文章研究成果發表在《中國神經再生研究(英文版)》雜誌2020年1月第1期。

Li JH, Shi ZJ, Li Y, Pan B, Yuan SY, Shi LL, Hao Y, Cao FJ, Feng SQ (2020) Bioinformatic identification of key candidate genes and pathways in axon regeneration after spinal cord injury in zebrafish. Neural Regen Res 15(1):103-111.


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