Molecular Evolution and Systems Biology Study of Hypoxia-Inducible Signaling Pathway in Embryonic Development (II)

View Statistics Email Alert RSS Feed

Information

Details

Project title

Code/計畫編號

NSC100-2627-B019-004

Translated Name/計畫中文名

從分子演化及系統生物學角度探討胚胎發育時期低氧細胞訊息路徑的功能與調控機制---總計畫及子計畫4-斑馬魚發育時期HIFs的訊息路徑與生物功能區別(II)

Project Coordinator/計畫主持人

Chin-Hwa Hu

Funding Organization/主管機關

National Science and Technology Council

Department/Unit

Department of Bioscience and Biotechnology

Website

https://www.grb.gov.tw/search/planDetail?id=2363563

Year

2011

Start date/計畫起

01-08-2011

Expected Completion/計畫迄

01-07-2012

Bugetid/研究經費

1500千元

ResearchField/研究領域

生物技術(理)

低氧誘發蛋白hypoxia-inducible factors是屬於bHLH-PAS家族的成員，其本身是由對氧濃度相當敏感的alpha次單元和另一個相當穩定的beta次單元（ARNT）所組合而成。HIF在維持細胞內氧恆定性扮演了關鍵角色，在面臨缺氧環境下負責調控細胞內的代謝、凋亡、增生以及血球新生和血管增生等細胞生理活性。在斑馬魚中共有三種的HIF基因，分別為HIF1、HIF2與HIF3。在正常氧濃度情況下，HIF會受到專一性氫氧?PHD與FIH作用，造成失活與水解。在低氧情況下，因為PHD與FIH失去活性，造成HIF結構穩定化且可與ARNT結合，由C-TAD與p300作用來啟動目標基因的表現。我們最近的研究發現在斑馬魚胚胎中，HIF2在維護中樞神經細胞的生存與分化的過程扮演了相當重要與獨特的功能。弱化HIF2會影響胚胎內survivin與survivin2的表現，使得中樞神經的細胞大量凋亡，此外也同時造成神經細胞停止分化，大部分神經先驅細胞均停留在未分化階段。在本計劃中，我們想要以斑馬魚、海膽及文昌魚為模式生物，結合生物資訊、基因體/蛋白體學及各項胚胎操作、分子生物與生化分析工具，從基因調控網路、訊息傳遞、蛋白結構、細胞生理與分子演化等不同的層面分為4項主題來探討發育時期低氧訊息路徑的生物功能與調控機制。這些主題分別為：1. 斑馬魚發育時期HIFα的訊息路徑與生物功能區別；2. 胚胎發育時期氧依賴型氫氧?PHD與FIH的生化特性與功能；3. 從海膽與文昌魚的胚胎發育探討低氧訊息路徑的演化歷史，以及4. 跨物種低氧訊息相關基因比對及時序性胚胎低氧訊息網路建構。我們預期這項研究結果將可協助我們瞭解胚胎發育期間低氧訊息路徑基因調控網路以及它們的穩定調節機制。本計畫為子計畫四：斑馬魚發育時期HIF的訊息路徑與生物功能區別。在本年度的計畫工作中，我們的主要工作在承續上年度的工作成果，探討胚胎發育時期HIF1在血球分化中所扮演的角色以及HIF的穩定性調控。目前我們已接近完成血球分化方面的工作，發現HIF1透過控制EPO、Hemoglobin、Heme合成以及鐵離子平衡的相關基因，統合調控胚胎時期血球細胞生長分化、血紅素蛋白次單位基因表現、血基質的合成與鐵離子的供應，達到統整血球發育的目的。當我們利用morpholino弱化HIF1基因表現時，會造成上述基因的表現明顯下降，此外我們更發現HIF1是透過中間的種不同基因調控子，分別調控Hemoglobin 與-的表現，這是目前在國際上的一項重要發現。有關於HIF的穩定性調控方面，我們想瞭解對氧濃度極為敏感HIF如何保持蛋白質的穩定性及活性。讓人意外的是HIF1的ODDD mRNA似乎非常不穩定，幾乎無法觀察到ectopic expressed HIF1ODDD-mCherry mRNA，但卻能觀察到相同的expression vector所表現的mCherry mRNA，因此推論HIF1ODDD的RNA有不安定的情況。在哺乳動物細胞中曾觀察到相類似的HIFmRNA不穩定性的情況。目前尚不清楚HIF1 mRNA的穩定性是否有調控的機制，將有待進一步的探討。另外我們觀察到HIF1a弱化後會抑制egln2與-3的表現，顯示兩者受到HIF1的調控。總結來說，目前計畫進行相當順利，尤其在HIF1調控血球發育的生物功能上有非常具體且重要的發現，近日內將撰寫論文投稿，另外我們也發現在胚胎期間HIF1蛋白不穩定性，因此必須靠大量的表現來補充被分解的蛋白質，以維持胚胎內的需求。

Keyword(s)

低氧誘發蛋白
斑馬魚胚胎
紅血球發育
血紅素
Hypoxia inducible factors
zebrafish embryo
erythropoiesis
hemoglobin

DSpace CRIS

Molecular Evolution and Systems Biology Study of Hypoxia-Inducible Signaling Pathway in Embryonic Development (II)

Details

Description