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小鼠毛色变化的分子成因
2019年10月30日
来源:实验动物那些事儿
作者:科研民工
责任编辑:yjcadmin
摘要:在上一篇文章《小鼠的毛色是如何形成的?》中我们通过四个主要位点A、B、C、D分析了小鼠毛色成因。这四个主要毛色相关基因中B位点、C位点和D位点的功能变化较容易理解。如C位点基因通过控制色素颗粒的起始合成决定毛色的有无,有活性(C/C或C/c)毛发着色,无活性(c/c)则为白化。而A位点则比较特殊,其表达产物ASP以间接方式控制着黑色素细胞选择哪条生产线进行色素颗粒的合成,同时又在毛囊周期的不同时间窗口表达,细心的读者朋友们一定会问,是什么样的突变导致Ay小鼠的黑色素细胞只选择合成褐黑色素,又是什么样的突变让C57BL系列小鼠的黑色素细胞只合成真黑色素?这些问题的解答则需要在分子生物学时代到来之后才有可能。
在PCR扩增和DNA测序技术建立后,不同小鼠A位点基因的神秘面纱逐渐被揭开。我们知道一个基因在组成上可以分为调控区(如启动子区)和编码区,调控区负责基因何时何地(不同组织或细胞)表达,编码区负责编码蛋白质。编码ASP信号蛋白的基因也不例外,也是由调控区和编码区构成。ASP基因的上游调控区中包含一个受毛囊周期调控的启动子,在毛囊发生周期的特定时段通过与RNA聚合酶结合,以ASP编码区为模板合成mRNA。通过PCR产物测序发现在野生型ASP基因启动子区上游与Raly基因相邻,而Ay突变则在这两个相邻基因间缺失了170 kb长的DNA片段,该片段包含了Raly基因编码区和ASP基因整个调控区。这种缺失导致ASP丧失了原有的毛囊周期启动子,转而由Raly基因的启动子(全时活性)控制其表达,这就是携带Ay突变小鼠被毛为单一黄或红色的分子成因。利特尔早在1910年就已经发现Ay纯合(Ay/Ay)小鼠胚胎会在着床前死亡的现象,但却并不知致死的原因。Raly表达产物为RNA结合蛋白,主要功能是参与pre-mRNA的加工,是胚胎正常发育所必须的一个基因,缺失后会导致早期胚胎发育停滞,这样Ay纯合致死的原因也找到了。
小鼠的A位点除了上述两种突变外,还有很多其它不同类型的突变,其中比较有趣的一个是Avy突变小鼠。通常情况下,携带Avy突变的小鼠的被毛与Ay一样,也是全身黄色,但与Ay不同的是Avy纯合子并不致死。序列分析结果显示:在Avy突变携带小鼠ASP基因调控区毛囊周期性启动子的上游多了一段名为IAP的转座子序列。IAP两端各有一段名为“长末端重复序列(LTR)”的DNA片段。LTR是一种全身持续表达的强启动子序列,因此Avy小鼠中因IAP的插入,导致ASP在IAP的LTR调控下持续性表达,作用于黑色素细胞,令其只合成褐黑色素。
3.Proc Natl Acad Sci U S A. 2006 Nov 14; 103(46): 17308–17312.
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