斑马鱼的突变基因揭示了人类的失明

在斑马鱼中，眼睛有它。在它们内部是一种光敏细胞的马赛克，其结构和功能几乎与人类的结构几乎相同。在那里，佛罗里达州立大学的生物学家发现了一种基因突变，该基因突变决定了细胞是否发展为杆（负责昏暗的光视觉的感光体）或锥体（颜色视觉所需的光感受器）。

在一篇发表于国家科学院的诉讼程序(PNAS)，斑马鱼幼虫视网膜发育的里程碑式研究基因开关它已经确定，应该有助于阐明潜在的分子机制，从而为人类遗传性视网膜疾病提供必要的见解。

来自FSU在神经科学的生物科学和计划部，博士候选人Karen Alvarez-Delfin（PNAS文件第一作者），博士后的Ann Morris（第二作者），詹姆斯M.Fadool副教授是第一个识别至关重要的科学家先前已知的基因的功能称为“TBX2B”。研究人员已经命名为新发现等位基因（一种不同形式的基因）“LOR” - 对于“棒状” - 因为突变导致太多杆和紫外线锥比正常眼睛更少。

“我们的目标是生成遗传的动物模型眼部疾病和视网膜了解疾病的进展，并找到更有效的治疗失明的方法，”Alvarez-Delfin的教师顾问和Morris正在进行的研究的首席研究员Fadool说。“我们对凯伦发现的突变感到很兴奋，因为这是这个临床关键途径中少数几个突变之一，它负责细胞发展成一种光感受器亚型，而不是另一种。”

“在这个案例中引人注目的是感光体细胞我们在斑马鱼视网膜中观察到的变化与增强的S-cone综合征（ESC）中鉴定的变化相反，一种遗传的人视网膜营养不良症，其中棒表达基因通常仅在锥体中发现，最终导致失明，“Alvarez-Delfin说道。“同样令人惊讶的是，这项研究和我们实验室的其他人表明，虽然人类和小鼠的光感受器发育的变化导致视网膜变性和失明，但它们不在斑马鱼中。因此，我们佛罗里达州立实验室和我们在宾夕法尼亚大学的合作者的工作，范德比尔特大学和路易斯维尔大学应提供一个模型，以便更好地理解哺乳动物和鱼类之间的结果的差异，以及为什么人类突变导致退行性疾病。”

莫里斯称斑马鱼是一种理想的发展和疾病遗传模型。普通的水族馆物种是脊椎动物，如人类。他们的视网膜组织和细胞类型与人类的视网膜组织和细胞类型类似。斑马鱼迅速成熟，撒上许多鸡蛋。胚胎是透明的，它们在外部发展，与哺乳动物不同，在子宫中发展。

“这让我们学习发展过程，例如在活体动物中形成组织和器官，”她说。

Morris说:“从发育生物学的角度来看，我们的研究将帮助我们解开产生不同光感受器细胞类型的适当数量和排列所必需的竞争信号。”“视杆细胞和视锥细胞高度专门化的特性可能使它们特别容易受到人类遗传疾病和环境破坏的影响。”了解光感受器发育的遗传过程，可以为数百万受光感受器细胞营养不良(如色素性视网膜炎和黄斑变性)影响的人提供临床治疗。”

光感受器在鱼类中的镶嵌结构早在100多年前就被首次描述，但是佛罗里达州立大学的J. Fadool实验室是第一个成功利用这种模式来识别影响光感受器发育和退化的突变的实验室。

“想象一下瓷砖马赛克，”Fadool说。“这是斑马鱼视网膜中的杆和锥形光感受器形成的几何图案。这种马赛克类似于棋盘的图案，但有四种颜色而不是在方形图案中交替。红色，绿色，蓝色和紫外线锥体始终以精确的重复模式排列。人类视网膜也有一个感光体镶嵌，但这里术语松散地使用，因为虽然不同的感光感剂的布置是非谐波的，但它们不形成在斑马鱼中观察到的几何图案。

他问道:“那么我们怎么问一条鱼是否有感光缺陷呢?”

Fadool解释说，因为斑马鱼感光细胞的马赛克模式是如此精确，导致细微变化的突变比在排列混乱的视网膜上更容易发现。

他说:“就像我们可以很容易地识别出一个错误的棋盘，其中一些方格从黑色变成红色或全黑色的方块，通过使用荧光标记和荧光显微镜，我们可以看到斑马鱼感光器马赛克图案的类似变化。”“凯伦展示了在许多竿鱼的马赛克内，在棋盘上通常被UV锥占据的位置被一根竿取代。然后，利用经典遗传学和基因组资源的结合，发现了突变基因的身份。”

更多信息:为了进入PNA纸（Zebrafish Retion Development期间紫外线感光体细胞规格所需的TBX2B），请访问日志的网站www.pnas.org/content/106/6.toc。

资料来源:佛罗里达州立大学

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