从文昌鱼胰岛素样多肽(ILP)基因功能探讨脊椎动物胰岛素/IGF通路的进化
批准号:
32100335
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
戴漪晨
依托单位:
学科分类:
动物进化与发育
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
戴漪晨
中文摘要
解析重要代谢通路的功能形成和演化过程是进化发育生物学和动物学研究的热点和核心内容。脊椎动物胰岛素/胰岛素样生长因子(IGF)调控通路控制代谢,生长和衰老等重要生理过程。相比无脊椎动物,脊椎动物胰岛素/IGF通路拥有更多信号类型,更多信号-受体组合,以及更精细的调控系统;但我们不清楚脊椎动物这种复杂信号通路起源和进化的过程。文昌鱼是现存脊椎动物近亲,其基因组较小且诸多通路具备与脊椎动物中通路类似的雏形,是研究脊椎动物进化的理想动物模型。本项目拟采用文昌鱼作为研究对象,在前期工作的基础上利用CRISPR/Cas9基因编辑技术和比较转录组学等方法深入研究文昌鱼胰岛素家族基因以及胰岛素/IGF通路的主要构成元件和功能,阐释胰岛素/IGF信号通路在脊椎生物早期的进化过程。
英文摘要
The vertebrate insulin/insulin-like growth factor (IGF) pathway is an essential regulatory pathway controlling dietary metabolism, growth, and the aging process. Although insulin-like peptides (ILP) have been identified in multiple Bilaterian lineages, vertebrates are unique in the sense that they have a complex combination of signal peptides, signal receptors, and multiple levels of signal regulation. Given limited evidence on ILP presence in other animal lineages, especially other deuterostomes, the origins and evolution of the vertebrate insulin/IGF pathway remain unknown. Cephalochordates are considered to be one of the closest relatives to vertebrates and are ideal animal models used to study vertebrate evolution given their relatively small genome size and simple body plan. In this proposal, the applicant uses the Florida lancelet (Branchiostoma floridae, referred to as amphioxus) as an animal model to explore the evolutionary origins of the vertebrate insulin/IGF pathway. Based on existing work, this proposal aims to use a combination of CRISPR/Cas9 gene editing and comparative transcriptomics to characterize the function of amphioxus BfIlp1 and identify critical implications of amphioxus insulin/IGF pathway genes on development and dietary metabolism. Through comparisons between the amphioxus and vertebrate insulin/IGF pathways, this proposal aims to provide new insights evolution of the vertebrate insulin/IGF pathway.
解析重要代谢通路的功能形成和演化过程是进化发育生物学研究的热点和核心内容,也是动物表型进化和发育研究的基础。其中,脊椎动物胰岛素/胰岛素样生长因子(IGF)调控通路控制代谢,生长和衰老等重要生理过程。同时,有特殊功能的细胞类型,例如分泌胰岛素的胰腺β内分泌细胞的出现也是形成复杂器官的必要条件。这些通路与细胞类型如何出现、演变、并聚集组成器官,是目前进化生物学研究关注的核心问题。.本项目取得的主要研究成果如下:(1)生成Ilp2和Ilpr基因敲除文昌鱼品系,结合已有Pdx和Ilp1基因敲除品系,揭示文昌鱼不同于脊椎动物,其中肠特异Pdx蛋白不调控Ilp基因的表达,表明脊椎动物Pdx蛋白与胰岛素基因调控关系的转变极可能影响了胰腺β内分泌细胞的演化过程,对脊椎动物胰腺的演化过程有关键影响;(2)通过序列及蛋白免疫沉降实验比对文昌鱼Ilp和脊椎动物胰岛素样生长因子和胰岛素的结构,发现脊椎动物胰岛素样生长因子和IGFBP蛋白之间的相互作用可能最早在脊索动物中出现,且文昌鱼Ilp1肽与Ilp2相比,Ilp1与脊椎动物Igf1蛋白的相似性更高;(3)创新单细胞制备方法,用单细胞转录组测序发现文昌鱼成体消化道中肠区域存在独特的上皮样纤毛细胞,且有分别分泌Ilp、胰高血糖素样肽和生长激素抑制素样肽的内分泌样细胞。同时,获得了迄今最高质量的文昌鱼胚胎单细胞RNA数据集并根据已发表的标记基因详细解析了所有发育阶段的300余细胞簇的胚层或组织身份;(4)从胚胎数据中发现多种新文昌鱼细胞类型,包括与脊椎动物下丘脑和神经垂体同源的细胞类型,确定了这些结构的演化起源,并对文昌鱼和其他物种的细胞轨迹进行祖先-后代重建,进而推断形成脊索动物神经元的古老发育途径。.本研究采用进化发育生物学研究手段,从细胞类型层面解析脊椎动物复杂器官及系统的进化。重点以脊椎动物起源和演化的关键模式动物—文昌鱼为研究对象,解析文昌鱼胚胎、成体组织中的不同细胞类型,推演脊椎动物进化过程中新细胞类型出现的过程。
从文昌鱼胰岛素样多肽(ILP)基因功能探讨脊椎动物胰岛素/IGF通路的进化
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:30万元
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批准年份:2021
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负责人:戴漪晨
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依托单位:
国内基金
海外基金