Fgf10/Fgfr2/Sox9模块对泪管发育中Wnt/PCP成分的遗传调控

Genetic Regulation of Wnt/PCP Components Through Fgf10/Fgfr2/Sox9 Module in Tear Duct Development

作者信息Dianlei Guo, Xiaoyu Zhang, Xinyi Zhao, Jiali Ru, Mingzhu Guo, Lijing Xie, Mingjuan Wu, Lei Shi, Yingchun Su, Shujuan Xu, Rong Ju, Rongxin Chen, Shanzhen Peng, Xuri Li, Chunqiao Liu
PMID41823500
发布时间2026-03
DOI10.1167/iovs.67.3.30

实验完整度

高

包含多个独立证据层级:Fgf10/Fgfr2/Sox9突变小鼠模型、免疫组化/原位杂交、单细胞RNA测序、CUT&Tag、EMSA、报告基因和ChIP验证,涵盖从体内模型到分子机制验证。

主要模型

Fgf10、Fgfr2、Sox9突变小鼠 Prickle1基因陷阱突变小鼠 HEK293T和661W细胞系

重点核对

使用Sox2-Cre删除Fgf10和Fgfr2的条件等位基因产生生殖系突变体 使用CreERT2和4-羟基他莫昔芬(4-HT)诱导Fgfr2和Sox9的条件性敲除,在E8注射,E12取材 对E10.5至E12胚胎进行免疫组化和原位杂交,检测E-cadherin、Ki67、Caspase3、p-Erk、Sox9、Prickle1等 使用E11.5胚胎进行单细胞RNA测序(GSE132462)和CUT&Tag分析 在661W细胞中进行EMSA,在HEK293T细胞中进行荧光素酶报告基因和ChIP验证Sox9对Prickle1启动子的结合

摘要

目的:泪管阻塞可导致一系列眼表疾病。尽管Fgf信号已被认为与先天性泪管阻塞有关,但其相关信号网络仍未完全了解。为了更清楚地阐明泪液引流系统的发育生物学和分子遗传学,我们研究了Fgf与Wnt/平面细胞极性(PCP)通路之间的遗传相互作用。方法:生成了Fgf10、Fgfr2或Sox9破坏的突变小鼠。使用免疫组织化学和原位杂交结合一组分子标记评估泪管发育。单细胞RNA测序结合CUT&Tag分析用于定义泪管分子身份并鉴定Fgf信号通路的潜在靶标。进行了荧光素酶报告基因测定和凝胶迁移率变动分析(EMSA)以验证Sox9靶基因。结果:Fgf10和Fgfr2通过控制泪管祖细胞的增殖和存活,是泪管形成所必需的。Fgf10/Fgfr2/Sox9模块在遗传上调控参与胚胎泪管伸长的Wnt/PCP基因子集。特别是,我们显示Sox9结合并激活Prickle1的启动子,Prickle1是先前涉及泪管发育的核心Wnt/PCP成分。最后,Fgf信号似乎单向作用于Wnt/PCP成分,因为在Prickle1突变体中Fgfr2或Sox9的表达均未改变。结论:本研究揭示了Fgf信号与Wnt/PCP通路在泪管形成中先前未被认识的直接遗传联系,提示Wnt/PCP成分可能代表先天性鼻泪管阻塞(CNLDO)的潜在风险因素,值得进一步研究。关键词:Fgf信号,Wnt/PCP,鼻泪管异常,遗传调控。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
Fgf信号通路与Wnt/PCP通路在泪管发育中是否存在遗传相互作用,以及其分子机制是什么?
核心机制
Fgf10/Fgfr2信号通过p-Erk维持Sox9表达,Sox9作为转录因子直接结合并激活Wnt/PCP核心成分(如Prickle1)的启动子,从而调控泪管伸长;同时Sox9还可能调控c-Myc和Cyclin D1促进细胞增殖。
主要证据
Fgf10和Fgfr2突变体中Wnt/PCP成分(Prickle1、Fzd6、Celsr1/2)表达下降;CUT&Tag和单细胞RNA测序鉴定Sox9靶基因;EMSA、荧光素酶报告基因和ChIP证实Sox9直接结合Prickle1启动子并激活转录。
研究意义
揭示了Fgf信号与Wnt/PCP通路在泪管形成中的直接遗传联系,提示Wnt/PCP成分可能是先天性鼻泪管阻塞(CNLDO)的候选风险因素,为理解泪管疾病的遗传病因提供了新方向。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

Fgf10和Fgfr2突变小鼠泪管发育表型分析

确定Fgf10和Fgfr2在泪管形成中的必要作用。

使用Sox2-Cre删除Fgf10和Fgfr2条件等位基因,通过E-cadherin免疫组化、原位杂交和三维重建评估E10.5至E12阶段泪管形态和基因表达。

2

Fgf突变体中泪管祖细胞增殖和凋亡分析

评估Fgf信号对泪管祖细胞增殖和存活的影响。

通过Ki67和cleaved Caspase-3免疫组化染色,定量E10.5胚胎oNLG/PTD区域的增殖和凋亡细胞,并检查c-Myc、Cyclin D1和β-catenin表达。

3

Fgfr2条件敲除验证Fgf信号对Sox9的直接调控

区分Fgf对Sox9表达的影响是直接还是间接。

使用Rosa26-CreERT2和4-HT在E8诱导Fgfr2条件缺失,在E12分析NLD中Sox9表达和导管长度。

4

单细胞RNA测序和CUT&Tag分析鉴定Sox9靶基因

定义泪管分子身份并鉴定Fgf信号下游的Sox9潜在直接靶标。

重新分析E11.5 lambdoidal junction的scRNA-seq数据集(GSE132462),分离出79个PTD/NLD细胞;对E11.5胚胎进行CUT&Tag,鉴定Sox9结合峰,并与PTD富集基因交集。

5

验证Wnt/PCP基因在Fgf和Sox9突变体中的表达下调

验证Fgf信号通过Sox9调控Wnt/PCP基因表达。

通过原位杂交和免疫组化检测Fzd6、Celsr1、Celsr2和Prickle1在Fgf10、Fgfr2和Sox9突变体中的表达变化。

6

Sox9直接结合并激活Prickle1启动子的体外验证

验证Sox9对Prickle1的直接转录调控。

通过EMSA、荧光素酶报告基因和ChIP分析Sox9与Prickle1 5'调控区的结合及转录激活。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
他莫昔芬SigmaT5648
OCT包埋剂Sakura Finetek4583
Fluoromount-G封片剂Southern Biotech0100-01
振动切片机VT1000SLeica--
蔡司LSM880共聚焦显微镜Zeiss--
ImageJ软件NIH--
抗E-钙黏蛋白抗体Abcamab11512
抗p63抗体Abcamab124762
抗Ki67抗体Abcamab15580
抗cleaved Caspase-3抗体CST9664
抗p-ERK抗体Santa Cruz Biotechnologysc-7383
抗Sox9抗体MilliporeAB5535
抗Sox10抗体R&D SystemsAF2864
抗层粘连蛋白抗体SigmaL9393
抗β-连环蛋白抗体BD Biosciences610153
T7 RNA聚合酶NEBM0251S
T3 RNA聚合酶NEBM0378S
NBT/BCIP底物Roche11681451001
蔡司Imager.Z2显微镜Zeiss--
0.25%胰蛋白酶-EDTAThermo Fisher Scientific25200056
胶原酶Sigma-AldrichC5138
NovoNGS CUT&Tag 4.0高灵敏度试剂盒NovoproteinN259-YH01
抗H3K4me3抗体----
核浆蛋白提取试剂WanleibioWLA020A
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0011
LightShift化学发光EMSA试剂盒WanleibioWLA079a
正电荷尼龙膜Roche11209299001
增强化学发光底物NCM BiotechP10100
FluorChem E成像系统ProteinSimple--
pGL3-Basic载体Promega--
Mut Express通用快速突变试剂盒VazymeC216-01
高糖DMEM培养基Thermo Fisher11965092
胎牛血清Thermo FisherA5670701
聚乙烯亚胺Polysciences23966
双荧光素酶报告基因检测系统PromegaE1910
Glomax发光检测仪Promega--
Pierce磁珠ChIP试剂盒Thermo Fisher26157
ChamQ SYBR Color qPCR预混液VazymeQ411-02
qTower³G实时荧光定量PCR仪Analytik Jena GmbH--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
小鼠模型构建
品系背景(C57BL/6和Sv129混合)、Cre系(Sox2-Cre、CreERT2)、基因型(Fgf10flox、Fgfr2flox、Sox9flox、Prickle1基因陷阱)、他莫昔芬剂量和给药时间
阅读提示:Materials and Methods - Mice and Genotyping
组织处理
胚胎阶段(E10.25-E12)、固定液(4% PFA)、包埋剂(OCT)、切片厚度(12 μm)
阅读提示:Materials and Methods - Immunohistochemistry, In Situ Hybridization, and Imaging
免疫组化/原位杂交
一抗信息(品牌、货号)、二抗信息和浓度、杂交温度和时间、显色底物
阅读提示:Materials and Methods - Immunohistochemistry, In Situ Hybridization, and Imaging
单细胞RNA-seq及CUT&Tag
数据集(GSE132462)、细胞筛选标准、CUT&Tag试剂盒(NovoNGS)、抗体(Sox9、IgG对照)、测序平台、数据分析参数
阅读提示:Materials and Methods - Single-Cell RNA-Sequencing Data Analysis; Cut&Tag Analysis and Sox9 Binding Sites Prediction
分子验证实验
细胞系(HEK293T、661W)、转染试剂(PEI)、报告基因载体(P0/P1/P2)、EMSA探针序列、ChIP抗体和qPCR引物
阅读提示:Materials and Methods - Electrophoretic Mobility Shift Assay; Luciferase Reporter Analysis; Chromatin Immunoprecipitation