研究果蝇胞外蛋白对脂肪组织的结构及基膜组装的作用

论文摘要

层状的基膜(BM)是一种特化的细胞外基质并包裹所有动物的组织器官。基膜的主要组分包括IV型胶原蛋白,层粘连蛋白,蛋白多糖串珠素和巢蛋白。在昆虫和哺乳动物中,脂肪细胞缺乏极性和上皮结构,归属于间充质细胞。然而,这些脂肪细胞紧密结合并形成了致密的脂肪组织。迄今为止,关于这种脂肪组织的整合的机制以及胞外基质组分在脂肪组织中所起的作用,都不为人所知。在本篇论文中,我描述了果蝇基膜组分的两种不同的存在形式并对其进行了功能性分析,一种是位于脂肪体外围经典的层状基膜,另一种是位于脂肪细胞间的分散的包含有IV型胶原蛋白的点状聚集(CIVIC)。研究中我们发现,在脂肪体的脂肪细胞中,CIVIC具有结构上的粘附作用。在CIVIC中敲低IV型胶原蛋白而非其他的基膜组分,会导致脂肪细胞间产生间隙、以及脂肪组织层状结构的连续性受损。我们还发现CIVIC通过整合素(Integrin)和多配体聚糖(Syndecan)受体附着,促进正常脂肪细胞生长并通过Src/PI3K/Akt信号传导抑制细胞自噬。对于与CIVIC不同的经典基膜来说,我发现在基膜组装过程中,IV型胶原蛋白会影响其他组分的定位。不同于胶原蛋白的功能,巢蛋白会影响维持基膜的完整性。因此,为了进一步证实这一结论,我利用CRISPR/Cas9系统分离出了巢蛋白的无义突变体。通过对突变体的分析,我们发现巢蛋白对于器官发生以及果蝇的存活是非必需的,但是它以组织特异的方式维持某些特定的基膜的完整性,例如脂肪体和肌肉的基膜。此外,我们通过对不同巢蛋白结构域进行的结构和功能方面的分析表明,Rod结构域对于调控巢蛋白组装到基膜上是必需的,但并不足以将巢蛋白整合于基膜中。我还发现巢蛋白可以桥接IV型胶原蛋白和层粘连蛋白。其中,巢蛋白G3结构域与层粘连蛋白结合,而G1或G2与IV型胶原蛋白结合。综上所述,本研究结果首次发现了IV型胶原蛋白的一个非基膜的作用,即维持非上皮组织器官的形态发生;此外,也发现了巢蛋白在维持基膜完整性方面具有组织特异性作用。

论文目录

摘要

abstract

Chapter1 Introduction

1.1 Basement membranes

1.1.1 Extracellular Matrix and basement membranes

1.1.2 Basement membrane composition

1.1.3 Basement membrane assembly

1.1.4 Basement membrane-related disorders

1.2 Basement membranes in Drosophila

1.2.1 Collagen Ⅳ

1.2.2 Perlecan

1.2.3 Laminin

1.2.4 Nidogen

1.2.5 Integrin and Syndecan

1.3 Development and function of Drosophila fat body

1.3.1 Development of the fat body in Drosophila

1.3.2 Autophagy and metabolic signaling in larval fat body

1.4 Goals and significance

1.4.1 Problem to be solved and research contents

1.4.2 Research significance

Chapter2 Materials and Methods

2.1 Materials

2.1.1 Drosophila strains

2.1.2 Kits and reagents

2.1.3 Experimental equipment

2.2 Methods

2.2.1 Fly culture

2.2.2 GAL4/UAS and FLP/FRT system

2.2.3 shRNA transgenic flies

2.2.4 Nidogen cas9 transgenic flies

2.2.5 Nidogen domains transgenic flies

2.2.6 Transmission electron microscopy

2.2.7 Immunostaining

2.2.8 Imaging

2.2.9 Real-time qPCR

2.2.10 Western blotting

2.2.11 Quantification and statistical analysis

Chapter3 Organization of fat body ECM:BM and CIVICs

3.1 BM components localized to a planar BM and Collagen Ⅳ Intercellular Concentrations

3.2 Fat body adipocytes and blood cells are the source of most Collagen IV in larval BMs

3.3 Fat body adipocytes and blood cells are the main source of most BM components in larval BMs

Chapter4 CIVICs mediate inter-adipocyte adhesion

4.1 Inter-adipocyte Collagen Ⅳ mediate adhesion

4.2 Integrin is required for formation of CIVICs

4.3 Syndecan is required for CIVICs formation

Chapter5 CIVICs mediate pro-growth/anti-autophagy signaling

5.1 Loss of CIVICs triggers autophagy in adipose tissue

5.2 Loss of CIVICs triggers src/PI3K/P-Akt signaling pathway

Chapter6 BM assembly in fat body

6.1 Laminin contributes to Nidogen incorporation and BM integrity

6.2 Nidogen is required for maintaining integrity of BM

6.3 Collagen Ⅳ is required for deposition of Other components

6.4 Perlecan is dispensable for assembly of Laminin,Nidogen and Collagen Ⅳ

6.5 Model for BM assembly

Chapter7 Functional analysis of Nidogen

7.1 CRISPR/cas9-generated Nidogen mutants are viable

7.2 Nidogen mutants show rupture of adipose tissue BMs

7.3 Other phenotypes of Nidogen mutants

7.4 Functional analysis of Nidogen domains

7.5 Nidogen G3 domain binds with Laminin,whereas G1 and G2 domains are mutually redundant binding with Collagen Ⅳ

7.6 Nidogen has genetic interaction with other BM components

Chapter8 Discussion and prospect

8.1 A non-BM role of Collagen Ⅳ:CIVICs

8.1.1 CIVICs mediate interadipocyte adhesion

8.1.2 CIVICs mediate pro-growth/anti-autophagy signaling

8.1.3 Are CIVICs a novel form of extracellular matrix?

8.2 Nidogen and basement membrane assembly in Drosophila

8.2.1 The hierarchy of BM assembly

8.2.2 Nidogen links the Collagen Ⅳ and Laminin networks

8.2.3 Nidogen shows tissue-specific requirements

References

Acknowledgements

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 戴建莉

导师: José C.Pastor-Pareja

关键词: 基膜,脂肪体,组织形态,胶原蛋白,巢蛋白

来源: 清华大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 清华大学

基金: the National Science Foundation of China,a 1000 Talents award

分类号: Q952

DOI: 10.27266/d.cnki.gqhau.2019.000002

总页数: 116

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研究果蝇胞外蛋白对脂肪组织的结构及基膜组装的作用

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