鱼类遗传育种与繁育团队揭示BMP7在鱼类中的功能分化
近日，华中农大水产学院鱼类遗传育种与繁育实验室高泽霞教授课题组以模式生物斑马鱼为研究对象，揭示了鱼类骨形态发生蛋白 7 (BMP7) 中bmp7a和bmp7b亚型功能上的分化。相关研究成果以“Functional differentiation of bmp7 genes in zebrafish: bmp7a for dorsal-ventral pattern and bmp7b for melanin synthesis and eye development”为题在Frontiers in Cell and Developmental Biology发表。
曾有科学研究揭示，骨形态发生蛋白 7 (BMP7) 属于转化生长因子 β (TGF-β) 家族，不仅能诱导软骨和骨形成，还能调节哺乳动物的眼睛发育和黑色素瘤的发生（Luo et al 1995；Rothhammer et al 2005；Lavery et al 2009）。硬骨鱼中BMP7分化为了bmp7a和bmp7b亚型，华中农大科研人员认为硬骨鱼中bmp7a和bmp7b各自发挥什么样的作用很值得探究。
▲野生型和bmp7a-/-突变体胚胎中的纯合致死表型观察在研究中，华中农大科研团队通过CRISPR/Cas9介导的基因敲除技术在斑马鱼中构建了bmp7a和bmp7b纯合突变品系。发现其中bmp7a-/-突变体胚胎的背腹模式发育异常，从而在胚胎期发生死亡。Bmp7b-/- 突变体生长受到抑制，皮肤和眼睛视网膜中黑色素增多，摄食行为受到阻碍。
▲野生型和bmp7b-/-突变体的表型观察
研究人员进一步探究了Bmp7b-/- 突变体的皮肤和眼组织的转录组的相关调控机制，认为wnt7ba和gna14等基因的表达变化可能促进黑色素的增加，而眼睛结构的变化导致光转导缺陷，并且 7 个 DEGs（rgs9a、rgs9b、rcvrn2、guca1d、grk1b、opn1mw4 和 gc2）被确定为关键候选基因，影响眼睛的光响应。
通过这项研究，科研人员揭示了bmp7a和bmp7b在硬骨鱼中的功能分化，首次报道bmp7b对黑色素生成的抑制作用，并认为这项发现可能为未来人类黑色素瘤相关疾病的研究提供有用的信息。
原文链接：
http://doi:10.3389/fcell.2022.838721
在着床期动物胚胎细胞谱系分离调控研究中取得新进展
近日，华中农大动物科学技术学院、动物医学院苗义良团队首次揭示了围着床期胚胎谱系分离中选择性自噬与细胞命运决定的调控机制。研究成果以“ATG7-mediated autophagy facilitates embryonic stem cell exit from naive pluripotency and marks commitment to differentiation”为题在Autophagy发表。
胚胎着床由精密复杂的信号调控和表观遗传调控所决定，其分子机理研究是动物繁殖领域发展亟需解决的核心问题之一。受精后，尚未植入子宫(pre-implantation)的胚胎中生成了数十个原始态(naive)胚胎干细胞，这些细胞具有分化成动物体内所有细胞的潜能。这种naive态干细胞的多能性是高度动态且连续发展的，当胚胎植入子宫后，naive干细胞很快迈出向特定细胞类型分化的第一步，变为始发态(primed)胚胎干细胞。naive-primed态过渡期间，naive态干细胞的染色质结构以及表观遗传发生了全局重塑以抑制naive态干细胞多能性基因的表达，激活早期分化基因，进而促进primed态胚胎的着床及发育。
作为一种重要的分解代谢过程，自噬以溶酶体降解和再循环途径维持多能性相关蛋白的适当水平和干细胞内稳态。目前的观点认为，特异性自噬调节因子局限于调控线粒体重构以促进体细胞重编程，以及通过降解功能紊乱的线粒体，降低细胞氧化应激来维持naive态细胞的多能性。然而，目前尚无研究揭示细胞自噬能否从表观遗传水平调控胚胎干细胞的多能性转换。
本研究构建了mCherry-GFP-LC3双荧光报告细胞系，利用体外胚胎干细胞naive-primed转换模型，通过电子显微观察及活细胞监测等技术阐述了naive态胚胎干细胞多能性转变过程中自噬通量的变化，证实了自噬对干细胞命运转变的决定性作用（图1）。
图1：naive-primed转化过程中自噬流的动态变化基于RNA-seq和染色质转座酶可及性测序（ATAC-seq）联合生物信息学分析，本研究描绘了胚胎干细胞多能性转换过程染色质可及性动态变化规律，并发现自噬阻断条件下NANOG作为阻止多能性转变的屏障，一方面抑制分化相关位点的开放，另一方面维持naive多能性基因位点的开放以抑制多能性退出。此外通过染色质免疫共沉淀技术（ChIP）证明NANOG通过竞争性结合OTX2调控的特异性神经外胚层发育的相关区域来抑制神经元分化。通过CRISPR/Cas9构建的ATG7敲除小鼠模型，评估了自噬丧失会破坏围着床期胚胎的发育，进而导致新生小鼠神经发育异常及死亡。围着床期胚胎的异常发育是导致早期妊娠流产的主要原因，针对选择性自噬在围着床期胚胎发育中调控机制开发相关技术，对改善动物妊娠和构建naive态大动物胚胎干细胞具有重要意义（图2）。
图2：细胞命运转换过程中选择性自噬参与的蛋白稳态调控及染色质变化华中农大动科动医学院副研究员周吉隆和何海楠博士、张晶晶博士为论文的共同第一作者，华中农大苗义良教授为论文通讯作者。
原文链接：
http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15548627.2022.2055285
在纳米疫苗免疫治疗细菌性肺炎研究上取得新进展
近日，华中农大理学院韩鹤友教授团队在纳米疫苗免疫治疗细菌性肺炎研究上获进展，相关成果以“Enhancing antibacterial immunotherapy for bacterial pneumonia via nanovaccines coated with outer membrane vesicles”为题在Chemical Engineering Journal杂志上在线发表。
抗生素的过度使用已成为当前全世界面临的严峻公共卫生问题，而疫苗是抗细菌或病毒感染最为经济有效的方式。多数细菌在整个生命周期中会分泌外膜囊泡（OMV），它们具有不可复制的双层结构，并含有大量毒力相关蛋白，可以用作潜在的细菌疫苗候选抗原。
图1 细菌外膜囊泡包裹的纳米疫苗调控抗菌免疫的示意图韩鹤友教授团队巧妙地利用细菌分泌的外膜囊泡制备了一种纳米疫苗，通过刺激机体免疫反应治疗铜绿假单胞杆菌（P. aeruginosa）感染的细菌性肺炎。如图1所示，为了引起足够的抗原特异性免疫，研究采用树枝状介孔有机硅纳米颗粒（DMON）为载体负载适量佐剂脂多糖（LPS），并在外层包裹OMV抗原，合成了一种具有良好生物相容性的纳米疫苗。将此纳米疫苗注射到小鼠体内后，可快速被树突状细胞（DC）捕获并交叉呈递到淋巴结内，并刺激DC成熟；成熟DC表面的组织相容性复合体I（MHC-I）可识别CD8 T细胞引起细胞免疫；同时，成熟DC表面的MHC-II又可被辅助T细胞识别，引发后续的体液免疫，最终通过细胞免疫和体液免疫实现对肺炎的免疫治疗。更为重要的是，纳米疫苗在免疫过程中形成的记忆细胞可有效预防细菌的二次感染。
图2 LPS@DMON@OMV纳米疫苗的活体免疫评价如图2所示，活体实验表明，纳米疫苗在三维空间上更有利于被DC内化保证足够的抗原摄入，通过交叉呈递能够与T细胞表面的TCR进行相互作用，并配合辅助分子的相互作用激活T细胞（图1和图2b）。小鼠三次接种纳米疫苗后，可快速有效的激活免疫系统，产生毒性CD8+T细胞，有高达普通疫苗180倍的抗体滴度。同时，在短期内，纳米疫苗可以在体内安全代谢，表现出良好的生物相容性。
图3 治疗和预防效果评价动物感染模型表明（图3a），免疫后小鼠的血清可以有效清除小鼠体内的细菌，降低了肺部的细菌负载量，使之达到正常水平。
华中农大博士生吴阳为论文第一作者，韩鹤友教授为通讯作者。本研究相关成果为解决肺部深层组织感染提供了治疗策略，同时为设计抗菌、抗病毒纳米疫苗提供了新思路。
原文链接：
http://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135040
