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肢端发育是研究形态发生过程的经典模型。胚胎肢芽(limb bud)主要沿着三个轴向生长,包括远近轴(Proximal-Dista,1,PD axis)前后轴(Anterior-Posterior,AP axis),以及背腹轴(Dosal-Ventml,DV axis)。相应地,经典的胚胎学研究也找出了分别与这些轴向相关的三个信号中心。其中,在胚胎肢芽后部的极性活性中心(ZPA)分泌出一种重要的形态发生素(morpllogen)——SHH(SonicHedgehog)来控制肢芽的前后轴向。前端SHH信号的异位表达将导致近轴端多趾症(preaxial polydactyly,PPD defects)的产生。
本研究利用ENU诱变建立了一个新的近轴端多趾症的小鼠模型(DZ小鼠)。Dz小鼠的杂合子中只有后肢表现出多趾的表型,而纯合子四肢均有严重表型。DZ小鼠的近轴端多趾的表型也是由于Shh基因在前端的异位表达,从而形成了类似于ZPA的第二个信号中心。基因定位发现,DZ鼠在Lmbrl基因的第五个内含子中存在一个T到A的单点突变。这段内含子序列在以前的研究中被认为是包含了一个名为MFCS1的肢端特异的控制Shh基因的顺时作用元件。通过分析突变位点附近序列钓出来的蛋白,我们发现了4种蛋白结合在MFCS1的核心序列上(CEM),包括HnRNP U,Non O,Histone H1.5和HistoneH1.2。而HnRNP U在体外与突变的CEM的结合能力强于野生型的CEM,而体内的染色质沉淀(ChIP)实验显示,在野生型的肢端细胞中,HnRNP U结合在Shh厅的5UTR区。当CEM突变时,HnRNPU由于它与CEM的结合能力增强,HnRNP U同时也结合到突变后的CEM位点上。由此,CEM可以通过HnRNP U蛋白分子问的聚合,和Shh的5UTR区有物理距离上的相互作用。我们还发现,当CEM突变后,Shh高表达的区域中,特别是前端异位表达的区域,Shh5UTR区在细胞核基质中的分布明显增加。为此,我们认为HnRNP U与Shh5UTR的相互作用,以及HnRNP U蛋白间的同源粘黏作用,使得Shh5UTR区域在突变细胞核中的定位发生了改变。Shh5UTR的新定位改变其周围的环境,使Shh5UTR由不同的转录调控因子围绕,从而导致了Shh基因改变其时空的转录调控方式。