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科研进展

水生所揭示低氧诱导因子hif-3α增强鱼类低氧耐受的分子机制

发表日期:2020-10-13蔡孝廉来源:水生生物研究所放大 缩小

 

  低氧诱导因子HIF-1αHIF-2α是细胞中感受低氧胁迫的关键调控因子。迄今,对它们的功能研究已相对清楚。在低氧条件下,它们作为转录因子,可激活其下游一系列基因的表达,进而调控细胞应对低氧胁迫反应。而在细胞中,除HIF-1αHIF-2α外,还有它们的一个同源基因HIF-3α。由于在细胞内,HIF-3α存在多个转录本,目前,对其功能的了解还非常欠缺,甚至,在已有的报道中,还存在许多相互矛盾的地方。 

  中国科学院水生生物研究所鱼类低氧生物学学科组蔡孝廉博士等,在进行鱼类低氧耐受与敏感的比较研究中,发现鱼类hif-3α可能与鱼类应对低氧胁迫密切相关。他们利用CRISPR/Cas9技术,在斑马鱼中敲除了hif-3α基因。在实验室正常养殖条件下,hif-3α缺失斑马鱼的发育、生长和繁殖,与野生型斑马鱼相比,无显著差异。然而,hif-3α缺失斑马鱼胚胎的红细胞数量显著减少。鉴于红细胞在机体内具有运载氧的特殊功能,他们对hif-3α缺失斑马鱼与野生斑马鱼的低氧耐受能力进行了系统的比较分析,发现:无论是胚胎还是成体,hif-3α缺失斑马鱼的低氧耐受能力大大降低。hif-3α缺失斑马鱼的红细胞发育迟缓,大部分阻滞在初始状态,成熟红细胞数量少。 

  进一步分析发现:HIF-1αHIF-2α类似,hif-3α也具有转录活性,能够激活基因的表达。更有趣的是,调控红细胞发生的关键因子—gata1,是hif-3α的一个直接下游基因。通过一系列的实验证实:hif-3α能够直接结合到gata1启动子的低氧反应原件上,并激活gata1的表达,从而正向调控红细胞的发生。 

  这一研究工作诠释了hif-3α的在体生物学功能及其在鱼类低氧耐受中的作用和分子机制。该工作以“Zebrafish hif-3α modulates erythropoiesis via regulation of gata-1 to facilitate hypoxia tolerance ”为题,于2020109日,在线发表于Development。该研究得到中科院先导专项A、国家自然科学基金重点项目、创新群体项目和“蓝色粮仓”重点研发计划等项目的支持。

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