课题申报书-利用模式动物研究遗传性出生缺陷的发生机理.doc

项目名称:
利用模式动物研究遗传性出生缺陷的发生机理
首席科学家:
孟安明清华大学
起止年限:

依托部门:
教育部
一、研究内容
大规模诱变产生神经系统和心脏发育突变体并定位突变基因
果蝇、斑马鱼和小鼠都适于进行大规模诱变研究,我们将通过ENU诱变技术、P-转座子插入诱变技术、反转录病毒插入诱变技术创造大量的神经系统和心脏发育突变体,建立起我国自己的出生缺陷模式动物资源库。我们将用果蝇筛选心脏发育缺陷和神经病变的突变体,用斑马鱼筛选头部和心脏发育缺陷的突变体,用小鼠筛选神经系统缺陷的突变体。对这些突变体的表型(包括伴生性其它缺陷)进行详细的分析,并从突变体中克隆突变基因。
研究神经系统和心脏发育的基因调控网络
利用获得的突变体,检测相关已知基因的表达谱是否发生改变;利用差减杂交、mRNA差异显示、DNA芯片、质谱分析等技术发现在突变体胚胎和正常胚胎中差异表达的新基因;利用酵母双杂交、亲和层析等技术寻找与突变基因编码产物互作的新因子;通过报告基因系统、转基因等途径研究相关基因之间的上下游关系和调控机理。通过这些研究将不断地发现与神经系统和心脏发育相关的新基因、甚至新的信号通路,并不断充实这些信号通路和基因所涉及的调控网络。
对在早期神经系统和心脏中表达但功能未知基因的功能研究
选择一些在早期神经系统和心脏中表达、可能与TGFb、Wnt和Fgf信号通路相关、而在相关组织器官发育中的功能不明确的基因,利用动物基因敲除技术、靶基因选择诱变技术和转基因技术等研究它们的生物学功能;本项目筛选出的新基因(包括人和动物的)也将用这些方法进行研究。这类反向遗传研究不仅可以阐明基因的功能,从分子水平上更深入地了解神经系统和心脏发育的机理,也将产生许多人类神经系统出生缺陷和先天性心脏病的动物模型。
分析我国神经系统缺陷和先天性心脏病新生儿的致病机理
收集神经系统缺陷和先天性心脏病新生儿家系样本; 选择可引起模式生物神经系统或心脏发育缺陷的基因,通过基因信息学方法查寻人类同源基因,用这些基因作为候选基因,利用关联分析和连锁分析等手段定位相应出生缺陷儿的致病基因。利用差减杂交和DNA芯片等技术,比较正常流产胎儿和死亡畸形胎儿基因表达差异,寻找出在相关组织中特异表达的一些功能未知基因,再在动物上通过突变和转基因等研究它们的功能。
二、预期目标
总体目标:
出生缺陷是影响我国人口素质的一个重要因素,并造成严重的社会和经济负担。本项目将充分综合利用小鼠、斑马鱼、果蝇的取材及遗传操作性的优势,以在我国高发的神经系统缺陷和先天性心脏病为主攻方向,一方面高通量筛选建立出生缺陷的动物模型,发现在神经管形成和分化及心脏发育中起重要作用的新的信号通路和新的基因,深入了解它们发挥其功能的分子机制和调控网络,推动我国发育生物学学科的发展;另一方面结合临床样品,分析它们与出生缺陷的关系,从而更全面、系统地认识神经系统缺陷和先天性心脏病的分子基础,为我国的人口出生缺陷研究提供新的理论、检测技术和个性化预防措施;促进我国在人口出生缺陷研究领域与国际前沿接轨,形成能够持续进行创新性研究的能力;取得一批重要的、具有独立知识产权的研究成果,在国际同类领域占有一席之地;同时培养一批高水平研究人才,保障开展高水平研究的持续性。
五年目标:
收集大量的神经系统缺陷和先心病患者家系样本,定位5-10个突变基因,建立一些检测技术。
进一步完善小鼠、斑马鱼、果蝇的诱变筛选和功能研究技术平台,建设我国的这几种模式动物的遗传资源库;收集大量的先天性心脏病和早期神经系统缺陷家系样本。
通过高通量、大规模诱变的正向遗传操作,创造150-200个先天性心脏病、神经系统缺陷的动物模型;结合反向遗传学操作,确定50个以上的新基因的功能或已知基因的新功能。
利用先天性心脏病、神经系统缺陷的动物模型,进行基因相互作用调控网络的分析,发现几条新的信号通路,并由此获得更多的新基因,进一步充实神经系统发育和心脏发育等过程的基因调控网络。
在国际主流杂志(IF>3)上发表论文80-100篇,并争取在Nature、Science、Cell上发表2-3篇论文,申请发明专利10项以上。
在发育生物学和遗传性出生缺陷研究领域造就一支高水平的科研队伍,培养一批博士研究生(50-80人)、硕士研究生(30-50)和博士后研究人员(>30)
三、研究方案
(一)总体思路和技术路线
本项目的中心学术思想是充分利用模式动物的优势,从分子、细胞和个体水平阐述早期神经系统和心脏等发育过程的基因调控网络,了解各节点的失控与神经系统发育缺陷和先天性心脏病的关系,着眼于相关出生缺陷的检测和预防。在技术上采用“四结合”的策略,即反向与正向遗传分析相结合、动物研究