Sdr9c7基因敲除对小鼠皮肤发育和血液凝固影响的研究

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研究目的:
  SDR9C7(又称SDR-O)是基因编码短链脱氢酶/还原酶家族9C成员7,被认为是隐性遗传鱼鳞病的致病基因之一。利用TALAN技术成功构建的Sdr9c7基因敲除小鼠研究了Sdr9c7基因的功能,发现新生Sdr9c7-/-小鼠皮肤出现紫绀色,并有黏液渗出,且在出生后数小时后死亡;在这个过程中,新生Sdr9c7-/-小鼠周身血管变黑变粗,出现凝血现象,推测Sdr9c7基因缺失会导致小鼠皮肤发育缺陷和血液凝固的发生。为此,本研究着重探讨了Sdr9c7基因敲除对小鼠皮肤屏障、皮肤发育及血液凝固的影响及其中的分子机理,为更进一步的阐释SDR9C7基因的功能提供一定的基础。
  研究方法:
  (1)Sdr9c7基因敲除鼠进行繁殖与基因型鉴定:采集新生鼠脚趾组织提取DNA,并进行PCR扩增,对PCR产物进行测序,根据其碱基序列与测序图谱确定小鼠的基因型;(2)对Sdr9c7+/-雌鼠与Sdr9c7+/-雄鼠交配所产生的子代小鼠进行基因型统计,分析其基因型比例,排除胚胎致死的可能;(3)对E16.5d、E18.5d、E20.5d和P0时期的Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-胚胎鼠和新生鼠进行表型观察。(4)对Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-新出生小鼠进行实时观察与称重:即对出生0h、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h的小鼠进行外观观察、体重监测及死亡时间的确定;(5)运用石蜡切片HE染色法对Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-小鼠皮肤表皮各层进行差异比较;(6)使用甲苯胺蓝溶液对Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-小鼠皮肤进行皮肤通透性测定;(7)利用超声实验对从Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-小鼠皮肤表皮中制备出的角化细胞包膜(Cornified cell envelope,CCE)进行超声,以比较Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-小鼠皮肤表皮中CCE的脆性差异;(8)使用Trizol法提取Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-小鼠皮肤组织RNA,qPCR法检测Involucrin、Loricrin和Filaggrin在Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-小鼠皮肤组织中的表达情况;(9)运用流式分析的方法,对新生Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-小鼠皮肤组织中T细胞、B细胞、巨噬细胞、树突状细胞和CCR4+细胞进行数量分析;(10)采用qPCR法检测了角质细胞脂质包膜(Corneocyte lipid envelope,CLE)形成的相关基因Aloxe3、Alox12b、Tgm1、Gba和Asha1在新生Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-小鼠皮肤组织中的表达情况;(11)qPCR法检测了新生Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-小鼠皮肤表皮中控制角质形成细胞分化与增殖的相关基因K1、K5、K10、K14、K19、K6a、K6b、K16的表达情况;(12)运用流式分析的方法检测E18.5d、E20.5d和P0时期的Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-小鼠皮肤表皮中角质形成细胞的凋亡情况。(13)采用Western blot法检测TARC在新生Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-小鼠皮肤组织和血液组织中的蛋白表达水平。(14)采用qPCR法检测TARC在新生Sdr9c7+/+与Sdr9c7-/-小鼠皮肤组织中的mRNA表达水平。
  研究结果:
  (1)对新生小鼠表型进行观察发现Sdr9c7-/-小鼠在出生2小时后皮肤出现潮红和发绀现象,并于出生后6-8h死亡。
  (2)对Sdr9c7+/+和Sdr9c7-/-新生小鼠组织学观察发现:Sdr9c7-/-新生小鼠表皮基底层、棘层、颗粒层和透明层并无异常,而角质层却是增厚的,且没有形成―篮状‖结构。
  (3)对6窝新生小鼠在喂奶前每隔1h进行体重称重监测和外观拍照,结果显示Sdr9c7+/+和Sdr9c7+/-新生小鼠的体重并无明显减轻,但Sdr9c7-/-新生小鼠的体重每小时约下降4%,皮肤脱水实验结果证实Sdr9c7-/-小鼠存在脱水现象。
  (4)使用甲苯胺蓝染液对Sdr9c7+/+和Sdr9c7-/-小鼠皮肤进行通透性检测,结果显示经过甲苯胺蓝染液浸泡过的Sdr9c7+/+小鼠皮肤基本没有被染成蓝色,而Sdr9c7-/-小鼠皮肤全身被染成深蓝色。这一实验结果更进一步的证实Sdr9c7基因敲除破坏了表皮屏障功能。
  (5)制备皮肤表皮中的角化细胞包膜(CCE)并对其进行超声实验,结果显示Sdr9c7-/-小鼠表皮中的CCEs更易碎,脆性增加。
  (6)运用qPCR技术检测了CLE的靶基因Aloxe3、Alox12b、Tgm1、Gba和Asha1的mRNA表达水平,结果显示虽然与Sdr9c7+/+小鼠相比,Tgm1mRNA水平在Sdr9c7-/-小鼠中表达明显增加。但是Aloxe3、Alox12b、Gba和Asha1mRNA表达水平在Sdr9c7+/+小鼠和Sdr9c7-/-小鼠中无显著性差异。这表明,参与共价结合的多数基因表达无明显的变化无法对Sdr9c7-/-小鼠皮肤中共价结合的ω-OH-Cer进行补偿,造成共价结合失败,导致Sdr9c7-/-小鼠无法形成功能性的CLE。
  (7)运用流式分析技术检测了皮肤中T细胞、B细胞、巨噬细胞和树突状细胞这几种免疫细胞,结果显示T细胞、B细胞、巨噬细胞和树突状细胞的数量在Sdr9c7+/+小鼠和Sdr9c7-/-小鼠皮肤中没有差异,说明Sdr9c7基因的缺陷小鼠皮肤并未发生炎症反应。
  (8)利用qPCR技术检测了Filaggrin、Involucrin和Ioricrin基因在小鼠皮肤中的表达水平,结果显示与新生Sdr9c7+/+小鼠相比,Sdr9c7-/-小鼠Involucrin、Loricrin和Filaggrin mRNA表达均显著下调,Involucrin、Loricrin和Filaggrin mRNA表达下调可能是角化细胞包膜(CCE)脆性增加的原因。
  (9)使用qPCR技术分别检测了角质形成细胞分化标志蛋白基因K1、K5、K10、K14、K19及角质形成细胞增殖标志蛋白基因K6a、k6b、K16mRNA表达水平,结果显示K1、K5、K10、K14在Sdr9c7-/-小鼠皮肤中显著性降低,说明Sdr9c7基因缺失可能会影响角质形成细胞的分化。
  (10)通过流式分析技术检测了E18.5d、E20.5d和P0时期的小鼠皮肤表皮中的角质形成细胞的凋亡情况,结果显示Sdr9c7-/-小鼠表皮中的角质形成细胞在E18.5d、E20.5d和P0时期其凋亡均明显增加,说明Sdr9c7基因缺失会影响角质形成细胞的凋亡。
  (11)分别使用Western blot、qPCR和流式分析技术检测TARC在新生小鼠皮肤组织中的表达情况,结果显示TARC在Sdr9c7-/-小鼠皮肤组织中表达是显著性增加的。
  (12)分别使用Western blot和流式分析技术检测胸腺和调控活化的趋化因子(Thymus and activation-regulated chemokine,TARC)在新生小鼠血液组织中的表达情况,结果显示TARC在Sdr9c7-/-小鼠血液组织中表达是显著性增加的。
  研究结论:
  Sdr9c7基因对皮肤发育起着重要的调控作用。Sdr9c7基因缺失破坏了表皮屏障功能,造成小鼠皮肤出现脱水和发绀现象,Sdr9c7-/-小鼠机体因不断脱水而在出生6-8h内死亡。Sdr9c7基因缺失会使表皮角化细胞包膜(CCE)脆性增加,形成无功能的角质细胞脂质包膜(CLE)。Sdr9c7基因缺失会影响表皮角质形成细胞的分化和凋亡。Sdr9c7基因缺失会使Sdr9c7-/-小鼠皮肤组织和血液组织中的胸腺和调控活化的趋化因子(TARC)表达增加。
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