Comparative analysis of duplicated sox21 genes in zebrafish
14
Citation
28
Reference
10
Related Paper
Citation Trend
Abstract:
Sox21 is thought to function as a counteracting partner of SoxB1 ( Sox1, 2, 3 ) genes and is involved in cell fate determination. In this study, we comparatively analyzed the expression patterns and conserved cis‐regulatory elements of the duplicated sox21 genes in zebrafish. In embryogenesis, sox21b is predominantly expressed in the telencephalon, hypothalamus, mesencephalon and lens, and sox21a is solely expressed in the midbrain‐hindbrain boundary, olfactory placode and lateral line, while both genes are expressed in the hindbrain, spinal cord and ear. In adult, sox21a is expressed in the brain, skin, ovary and intestine, while sox21b is expressed in the brain and testis. Interestingly, all 16 pan‐vertebrate conserved non‐coding elements (CNEs) are asymmetrically preserved in the sox21b locus, whereas two fish‐specific elements are kept in the sox21a locus, and this is correlated with increased evolutionary rate of the sox21a protein sequence. Transient transgenic reporter analysis revealed that six sox21b CNEs and two sox21a CNEs drove green fluorescent protein (GFP) expression in tissues correlated with the partitioning of expression in two orthologues. These results indicate that sox21a and sox21b have reciprocally lost expression domains of the ancestral gene reflected by degeneration of certain CNEs in their genomic loci and provide clear evidence for evolution of the duplicated sox21 genes by subfunctionalization. In addition, our data suggest that some CNEs‐based regulatory pathways have been predominantly preserved in the sox21b locus.Keywords:
Hindbrain
Convergent extension
Subfunctionalization
Sox21 is thought to function as a counteracting partner of SoxB1 ( Sox1, 2, 3 ) genes and is involved in cell fate determination. In this study, we comparatively analyzed the expression patterns and conserved cis‐regulatory elements of the duplicated sox21 genes in zebrafish. In embryogenesis, sox21b is predominantly expressed in the telencephalon, hypothalamus, mesencephalon and lens, and sox21a is solely expressed in the midbrain‐hindbrain boundary, olfactory placode and lateral line, while both genes are expressed in the hindbrain, spinal cord and ear. In adult, sox21a is expressed in the brain, skin, ovary and intestine, while sox21b is expressed in the brain and testis. Interestingly, all 16 pan‐vertebrate conserved non‐coding elements (CNEs) are asymmetrically preserved in the sox21b locus, whereas two fish‐specific elements are kept in the sox21a locus, and this is correlated with increased evolutionary rate of the sox21a protein sequence. Transient transgenic reporter analysis revealed that six sox21b CNEs and two sox21a CNEs drove green fluorescent protein (GFP) expression in tissues correlated with the partitioning of expression in two orthologues. These results indicate that sox21a and sox21b have reciprocally lost expression domains of the ancestral gene reflected by degeneration of certain CNEs in their genomic loci and provide clear evidence for evolution of the duplicated sox21 genes by subfunctionalization. In addition, our data suggest that some CNEs‐based regulatory pathways have been predominantly preserved in the sox21b locus.
Hindbrain
Convergent extension
Subfunctionalization
Cite
Citations (14)
Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας ανάπτυξης στην ανατομία της καρδιάς, και στην κολυμβητική ικανότητα του zebrafish, μετά από κάποιους μήνες μετά το τέλος της επίδρασης των διαφορετικών συνθηκών. Σε δευτερεύον επίπεδο, στόχος ήταν η μελέτη της γονιδιακής έκφρασης πέντε γονιδίων-δεικτών αναδιαμόρφωσης της καρδιάς καθώς και η επίδραση της θερμοκρασίας ανάπτυξης στο σχήμα σώματος και στη γονιμότητα του zebrafish. Για τη διεξαγωγή των πειραμάτων χρησιμοποιήσαμε το zebrafish ως κατάλληλο οργανισμό μοντέλο καθώς είναι ένα είδος με έντονη φαινοτυπική πλαστικότητα έναντι της θερμοκρασίας ανάπτυξης ενώ ταυτόχρονα εμφανίζει ίδιο πρότυπο οντογένεσης με την πλειοψηφία των τελεόστεων.
Danio
Cite
Citations (0)
Hindbrain
Rhombomere
Cite
Citations (78)
Το zebrafish (Danio rerio) έχει εισαχθεί τα τελευταία χρόνια στην έρευνα του καρδιαγγειακού συστήματος και εμφανίζει μια σειρά από πλεονεκτήματα. Συγκεκριμένα, το γονιδίωμά του εμφανίζει υψηλή ομολογία με το ανθρώπινο, έχει σχετικά απλή καρδιακή ανατομία (δίχωρη καρδιά) και ενδοκαρδιακή κυκλοφορία, ενώ τα έμβρυα που λαμβάνονται είναι διάφανα, γεγονός που επιτρέπει τη μη επεμβατική παρακολούθηση της ανάπτυξης του καρδιαγγειακού συστήματος με μικροσκοπία. Επιπροσθέτως, ο μυοκαρδιακός ιστός εμφανίζει εκτεταμένη αναγεννητική ικανότητα, ακόμα και σε ενήλικα στάδια, ενώ παράλληλα έχει αναπτυχθεί μία πληθώρα γενετικών εργαλείων από ερευνητικές ομάδες που το χρησιμοποιούν ως μοντέλο στις μελέτες τους. Στόχος της παρούσας μελέτης είναι η διερεύνηση της δυνατότητας αναγέννησης των καρδιακών βαλβίδων σε εμβρυικά και ενήλικα διαγονιδιακά μοντέλα zebrafish. Τα μοντέλα αυτά εκφράζουν τη βακτηριακή νιτρορεδουκτάση μέσω του συστήματος Gal4/UAS στις καρδιακές βαλβίδες. Με τη βοήθεια του προφαρμάκου μετρονιδαζόλη επιτυγχάνεται απώλεια των ενδοθηλιακών και μεσεγχυματικών βαλβιδικών κυττάρων. Σε έμβρυα που εκπλύθηκαν από τη μετρονιδαζόλη παρατηρήθηκε, μετά από 8 ημέρες, αναγέννηση της κολποκοιλιακής και αρτηριακής βαλβίδας. Αντίστοιχα αποτελέσματα παρατηρήθηκαν και σε πειράματα αναγέννησης ενήλικων καρδιών διαγονιδιακών ατόμων Gal4/UAS (εντός 15 ημερών). Η όλη διαδικασία φαίνεται να εμπίπτει σε ρύθμιση από το μοριακό μονοπάτι Notch, αφού χημική αναστολή του έδειξε μειωμένη αναγεννητική ικανότητα. Επιπροσθέτως, το zebrafish, λόγω του μεγάλου αριθμού διάφανων εμβρύων που μπορούν να ληφθούν μέσω εξωτερικής γονιμοποίησης, χρησιμεύει ως ένα ιδανικό πειραματικό μοντέλο σε ευρείας κλίμακας in vivo μελέτες χημικού γενετικού ελέγχου. Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής, αναπτύσσεται ένα παράδειγμα ταυτοποίησης νέων χημικών μορίων - αναστολέων της αγγειογένεσης με in vivo φαινοτυπική ανάλυση διαγονιδιακών εμβρύων zebrafish. Τα νέα αυτά μόρια αποτελούν ανάλογα του θειοφαινίου, με στόχο τη βελτιστοποίηση της αντιαγγειογενετικής δράσης μέσω του VEGFR2 σηματοδοτικού μονοπατιού.
Danio
Cite
Citations (0)
Vertebrates use adaptive mechanisms when exposed to physiologic stresses. However, the mechanisms of pigmentation regulation in response to physiologic stresses largely remain unclear. To address this issue, we developed a novel pigmentation model in adult zebrafish using coldwater exposure (cold zebrafish). When zebrafish were maintained at 17 °C, the pigmentation of their pigment stripes was reduced compared with zebrafish at 26.5 °C (normal zebrafish). In cold zebrafish, gene expression levels of tyrosinase and dopachrome tautomerase, which encode enzymes involved in melanogenesis, were down-regulated, suggesting that either down-regulation of melanin synthesis occurred or the number of melanophores decreased. Both regular and electron microscopic observation of zebrafish skin showed that the number of melanophores decreased, whereas aggregation of melanosomes was not changed in cold zebrafish compared with normal zebrafish. Taken together, we here show that cold exposure down-regulated adult zebrafish pigmentation through decreasing the number of melanophores and propose that the cold zebrafish model is a powerful tool for pigmentation research.
Melanosome
Melanophore
Morpholino
Cite
Citations (14)
Οι βαλβιδοπάθειες με συχνότητα εμφάνισης 5% επί των ζώντων νεογνών αποτελούν το 20-30% του συνόλου των συγγενών καρδιοπαθειών. Οι καρδιακές βαλβίδες αναπτύσσονται και διαμορφώνονται ταυτόχρονα με το σχηματισμό της καρδιάς και όσο αυτή συστέλλεται. Οι βαλβίδες λειτουργούν καθ’όλη τη διάρκεια της ζωής ενός οργανισμού με σκοπό την παρεμπόδιση της παλίνδρομης ροής του αίματος μεταξύ των καρδιακών κοιλοτήτων. Η ακριβής τους διαμόρφωση είναι σημαντική για την φυσιολογική καρδιακή λειτουργία και είναι αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης της συσταλτικότητας της καρδιάς και της αιμοδυναμικής ροής. Ποικίλα σηματοδοτικά μονοπάτια εμπλέκονται στη μορφοποίηση των καρδιακών βαλβίδων. Ωστόσο, οι μοριακοί μηχανισμοί που διέπουν την ανάπτυξη τους δεν έχουν πλήρως διαλευκανθεί.Το zebrafish αποτελεί ένα ιδανικό πειραματικό μοντέλο για τη μελέτη της ανάπτυξης των καρδιακών βαλβίδων καθώς επιτρέπει τη μη επεμβατική in vivo παρατήρηση της ανάπτυξης του καρδιαγγειακού συστήματος. Επίσης, η καρδιά του, zebrafish έχει την ικανότητα να αναγεννάται σε όλη τη διάρκεια ζωής του ψαριού, προσφέροντας γνώση για την κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν την αναγέννηση της ανθρώπινης καρδιάς. Το zebrafish είναι ακόμα ένα πολύτιμο γενετικό εργαλείο για την ταυτοποίηση υποψήφιων γονιδίων για συγγενείς καρδιοπάθειες, είτε μέσω του χαρακτηρισμού μεταλλαγμένων σειρών που έχουν προέλθει από γενετικούς ελέγχους είτε μέσω της φαινοτυπικής παρατήρησης εμβρύων μετά από εφαρμογή μεθόδων γονιδιωματικής τροποποίησης.Στην παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε η ταυτοποίηση και ο χαρακτηρισμός γονιδίων που εμπλέκονται στην ανάπτυξη και το σχηματισμό των καρδιακών βαλβίδων. Οι μεταλλαγμένες γενετικές σειρές που χρησιμοποιήθηκαν προήλθαν από τυχαία μεταλλαξιγένεση στα πλαίσια ενός ελέγχου πρόσθιας γενετικής για καρδιοαγγειακούς φαινότυπους. Η μεταλλαγμένη σειρά bua εμφανίζει στένωση της βαλβίδας στο σημείο εξώθησης της καρδιάς (outflow tract), με αποτέλεσμα την ελαττωματική ανάπτυξη της κολποκοιλιακής βαλβίδας και την παλινδρόμησή του αίματος μεταξύ κόλπου και κοιλίας. Τα έμβρυα της μεταλλαγμένης σειράς BH εμφανίζουν μικρότερη σε μέγεθος καρδιά και κυρτή ουρά. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε ο χαρακτηρισμός της διαγονιδιακής σειράς Tg(7xTCF-Xla.Siam:nlsmCherry). Πρόκειται για μια νέα διαγονιδιακή σειρά αναφοράς της Wnt/β-κατενίνης, που συμβάλλει στον εντοπισμό της ενεργότητας του σηματοδοτικού μονοπατιού στα κύτταρα του zebrafish. Ο χαρακτηρισμός του διαγονιδίου πραγματοποιήθηκε και στη μεταλλαγμένη σειρά apchu745, στην οποία το σηματοδοτικό μονοπάτι Wnt/β-catenin είναι μόνιμα ενεργοποιημένο. Έμβρυα zebrafish με μεταλλάξεις στο ογκοκατασταλτικό γονίδιο apc (adenomatous polyposis coli) εμφανίζουν ανωμαλίες στην ανάπτυξη της καρδιάς, όπως ελαττωματική καρδιακή συσταλτικότητα, ελαττωματική κάμψη της καρδιάς, καθώς επίσης και υπερπλαστικά καρδιακά επάρματα στις καρδιακές βαλβίδες.Σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας ήταν η μελέτη της λειτουργίας των γονιδίων, η ταυτοποίηση νέων σηματοδοτικών μονοπατιών και η διαλεύκανση των μοριακών μηχανισμών που εμπλέκονται στην παθογένεση των συγγενών καρδιοπαθειών. Αρκετά μοναδικά χαρακτηριστικά καθιστούν το zebrafish ένα ελκυστικό πειραματικό μοντέλο, που προσφέρει τη δυνατότητα μοντελοποίησης μεγάλου εύρους ανθρώπινων ασθενειών.
Adenomatous polyposis coli
Cite
Citations (0)
Zebrafish (Danio rerio ) 是为学习在主人和病原体之间的传染疾病和相互作用的机制的一个理想的模型。作为 teleost， zebrafish 开发了类似于哺乳动物的一个完全的免疫系统。而且，大量透明胚胎的容易的获得为屏蔽的基因操作和药使它成为一个好候选人。在一个 zebrafish 感染模型，所有这个地点，预定，并且进胚胎的细菌 microinjection 的剂量是决定主人的细菌的感染的重要因素。这里，我们在 36 个小时的 zebrafish 幼虫建立了一个多地点感染模型授精以后(hpf ) 由野类型的 microinjecting 或表示 GFP 葡萄球菌 aereus (S。 aureus )与进包括心囊的洞( PC )的不同胚胎地点的坡度负担，眼睛，第四个脑的最后部室( 4V )，蛋黄循环山谷( YCV )，尾的静脉( CV )，蛋黄身体( YB )，并且 Cuvier ( DC )到的管类似于人的传染疾病。与表示 GFP S 的联合。aureus 和转基因的 zebrafish Tg (coro1a：eGFP；lyz：Dsred ) 并且 Tg (lyz：Dsred ) 其巨噬细胞或 neutrophils 荧光灯的线标记，我们观察了细菌的感染的动态过程由在 vivo 多种色彩的共焦的荧光成像。zebrafish 胚胎幸存，细菌的增长和 myeloid 房间吞噬作用的分析证明地点依赖者和剂量依赖者差别在不同细菌的入口线路的感染存在。这个工作通过多地点感染模型的选择为致病和主人抵抗的未来学习提供考虑。在病原的细菌毒力因素和 zebrafish 的有免疫力的回答之间的更多的相互作用机制能通过 zebrafish 多地点感染模型被决定。
Danio
Cite
Citations (0)
Convergent extension
Model Organism
Cite
Citations (15)
Οι καρδιαγγειακές παθήσεις αποτελούν στην εποχή μας μία από τις πρώτες αιτίες θανάτου στον ανεπτυγμένο κόσμο. Επίσης, πολύ σημαντική είναι η συμβολή της αγγειογένεσης στην ανάπτυξη των καρκινικών όγκων. Καθίσταται λοιπόν αναγκαία η συμβολή της βασικής έρευνας ώστε να μελετηθούν καλύτερα οι μηχανισμοί των παθήσεων αυτών αλλά και να ανακαλυφθούν νέα φάρμακα που σχετίζονται με την αγγειογένεση. Τα τελευταία χρόνια σημαντικό ρόλο παίζει προς αυτές τις κατευθύνσεις το ζωϊκό πρότυπο μοντέλο zebrafish. Το zebrafish (Danio rerio) χρησιμοποιείται ευρέως ως ζωικό μοντέλο για την κατανόηση της παθοφυσιολογίας των καρδιαγγειακών παθήσεων. Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται ο καρδιακός φαινότυπος υποτροφικού κόλπου, myh6-/-, σε ενήλικα ψάρια, τα οποία φέρουν μετάλλαξη στη βαριά αλυσίδα κολπικής μυοσίνης του zebrafish. Οι ομόζυγοι φορείς επιβιώνουν μέχρι την ενηλικίωση και είναι γόνιμοι. Στα ενήλικα μεταλλαγμένα ψάρια, ο κόλπος παραμένει υποπλαστικός και εμφανίζει εναπόθεση ελαστίνης, ενώ οι κοιλίες παρουσιάζουν αυξημένο μέγεθος. Στα θηλαστικά, η υπερτροφία είναι ο συνηθέστερος μηχανισμός που οδηγεί σε καρδιομεγαλία. Χρησιμοποιώντας την ανοσοϊστοχημεία και συνεστιακή μικροσκοπία σάρωσης για να μετρήσουμε το μέγεθος, την πυκνότητα και τον πολλαπλασιασμό των καρδιομυοκυττάρων, αποδεικνύεται ότι η μεγέθυνση της κοιλίας myh6-/- οφείλεται κατά κύριο λόγο στην υπερπλασία. Εντούτοις, εντοπίσαμε παρόμοια μεταγραφικά προφίλ στην απόκριση υπερτροφίας θηλαστικών μέσω RT-PCR των υπερπλαστικών κοιλιών. Περαιτέρω, δείχνουμε την ενεργοποίηση της οδού του στρες-ΕΔ με ανάλυση ανοσοαποτυπώματος κατά Western. Συμπερασματικά, μπορούμε να υποθέσουμε, με βάση το μοντέλο μας, ότι μονοπάτια μοριακής σηματοδότησης που συνδέονται με την υπερτροφία στα θηλαστικά, σε συνδυασμό με την ενεργοποίηση του στρες-ΕΔ, καταλήγουν σε υπερπλασία στο zebrafish. Επιπλέον, αυτή είναι η πρώτη φορά που αναφέρθηκε η εναπόθεση ελαστίνης στον κόλπο. Παράλληλα, μελετήθηκαν μικρά μόρια που αναστέλλουν την αγγειογένεση και είναι ελπιδοφόρα υποψήφια φάρμακα για τον καρκίνο, τις αμφιβληστροειδοπάθειες και τον εκφυλισμό της ωχράς κηλίδας που σχετίζεται με την ηλικία. Η in vivo φαινοτυπική διαλογή σε zebrafish (Danio rerio) αναδεικνύεται ως μια ισχυρή μεθοδολογία για την ταυτοποίηση και βελτιστοποίηση νέων ενώσεων με φαρμακολογική δράση. Το zebrafish παρέχει αρκετά πλεονεκτήματα για τις in vivo φαινοτυπικές παρατηρήσεις ειδικά για την αγγειογένεση, καθώς αναπτύσσεται ταχέως και δεν βασίζεται σε λειτουργικό καρδιαγγειακό σύστημα για να επιβιώσει για αρκετές ημέρες κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης. Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιούμε μια διαγονιδιακή σειρά που επιτρέπει τη μη επεμβατική παρακολούθηση της αγγειογένεσης σε κυτταρικό επίπεδο. Η αναστολή της αγγειογένεσης μπορεί να παρατηρηθεί κάτω από ένα στερεοσκόπιο φθορισμού και να ποσοτικοποιηθεί. Εκμεταλλευόμενοι τις δυνάτοτητες του zebrafish, χρησιμοποιήσαμε μια σειρά από 60 καινοτόμες ενώσεις που σχεδιάστηκαν με βάση την αναστολή του υποδοχέα VEGFR2. Στα πειράματα αυτά μπορεί να να υπολογιστεί η συγκέντρωση στην οποία προκαλείται τοξικότητα και να καταδειχθούν πιθανές παρενέργειες των υπό εξέταση ουσιών. Με αυτόν τον τρόπο αποκαλύφθηκαν 6 αντιστρεπτοί αναστολείς της αγγειογένεσης. Τέλος, στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής επιχειρήθηκε να ανιχνευθούν γονίδια τα οποία παίζουν ρόλο στη μορφογένεση των καρδιακών βαλβίδων και να αποδειχθεί η σχέση τους μέσω στοχευμένης μεταλλαξιγένεσης με τη βοήθεια του συστήματος CRISPR-Cas και να δημιουργηθεί μια διαγονιδιακή σειρά zebrafish που να αποκρίνεται στις αλλαγές της διατμητικής τάσης. Συμπερασματικά, από την παρούσα διατριβή προκύπτει η μεγάλη δυνατότητα του zebrafish για ανασύσταση/αναδιαμόρφωση της καρδιάς του σε παθολογικές καταστάσεις και αποδεικνύεται η ικανότητά του να χρησιμοποιείται ως ιδανικό μοντέλο για τη μελέτη των καρδιαγγειακών παθήσεων.
Danio
Cite
Citations (0)
The hindbrain is responsible for controlling essential functions such as respiration and heart beat that we literally do not think about most of the time. In addition, cranial nerves projecting from the hindbrain control muscles in the jaw, eye, and face, and receive sensory input from these same areas. In all vertebrates that have been studied, the hindbrain passes through a segmented phase shortly after the neural tube has formed, with a series of seven bulges--the rhombomeres--forming along the anterior-posterior extent of the neural tube. Our current understanding of vertebrate hindbrain development comes from integrating data from several model systems. Work on the chick has helped us to understand the cell biology of the rhombomeres, whereas the power of mouse molecular genetics has allowed investigation of the molecular mechanisms underlying their development. This review focuses on the special insights that the zebrafish system has provided to our understanding of hindbrain development. As we will discuss, work in the zebrafish has elucidated inductive events that specify the presumptive hindbrain domain and has identified genes required for hindbrain segmentation and the specification of segment identities.
Hindbrain
Rhombomere
Cite
Citations (222)