在成年斑马鱼端脑神经干细胞中，多个顺式调控元件协同作用，控制mdka基因的表达，这一过程既发生在持续的神经发生过程中，也发生在神经再生过程中

《The FEBS Journal》：Multiple cis-regulatory elements collaborate to control mdka expression in telencephalic neural stem cells of adult zebrafish during constitutive and regenerative neurogenesis

本研究通过基因组分析和转座子实验，鉴定了斑马鱼mdka基因的六个调控元件（CRE1-6），发现单独使用任一CRE无法完全模拟内源mdka表达，而组合使用CRE2、3、4、6（CRE2346）在胚胎和成体脑中均能更精准调控EGFP表达，尤其在神经再生中激活，提示模块化协同调控对基因时空特异性表达至关重要。

　　本研究探讨了斑马鱼大脑中一个关键基因 *midkine-a*（*mdka*）的转录调控机制。*mdka* 编码一种与组织修复相关的分泌型生长因子，其表达在大脑损伤后显著增加，特别是在静止的放射状胶质细胞（RGCs）中，这表明它在神经再生过程中具有重要作用。研究团队通过基因组范围的生物信息学分析，鉴定了六个可能的顺式调控元件（CREs），这些元件在发育和再生过程中协同调控 *mdka* 的表达。这一发现对于理解大脑再生的分子机制以及开发治疗神经退行性疾病的策略具有重要意义。

在斑马鱼胚胎发育阶段，*mdka* 的表达主要由 CRE2、CRE3、CRE4 和 CRE6 驱动，其中 CRE3 表现出最强的调控能力。而在成年斑马鱼大脑中，CRE2、CRE4 和 CRE6 则在神经干细胞（NSCs）中具有活性，其中 CRE2 最好地模拟了 *mdka* 的表达模式。然而，单独使用这些 CREs 并不能完全再现 *mdka* 的自然表达模式，尤其是在再生条件下。这一现象说明，*mdka* 的表达模式是由多个 CREs 协同作用形成的，且其调控机制具有高度的模块性和依赖性。

为了验证这些 CREs 的调控能力，研究团队构建了多个转基因报告基因系统，并在斑马鱼胚胎和成年大脑中进行了表达分析。这些转基因构建体在不同组织中驱动 EGFP 表达，与 *mdka* 的自然表达模式在空间分布和强度上表现出部分重叠。例如，在胚胎中，CRE3 在中枢神经系统（如脊髓和大脑）中驱动了较强的 EGFP 表达，而在成年大脑中，CRE2、CRE4 和 CRE6 在 VZ 区域（即 RGCs 的位置）显示出明显的表达活性。然而，即使在这些 CREs 的驱动下，EGFP 表达的精确性仍无法完全匹配 *mdka* 的自然表达，说明还需要其他调控元件的参与。

进一步的研究发现，当将 CRE2、CRE3、CRE4 和 CRE6 组合在一起使用时，其驱动的 EGFP 表达模式与 *mdka* 的自然表达模式高度一致，特别是在发育和再生过程中。这一结果表明，*mdka* 的表达需要多个 CREs 的协同作用，而不是单一元件的调控。这种复杂的调控网络有助于在不同生理和病理条件下实现 *mdka* 表达的精准控制，确保其在特定细胞类型和组织区域中的正确激活。

在成年斑马鱼大脑中，研究团队还观察到 *mdka* 表达的损伤响应特性。当大脑受到损伤后，*mdka* 的表达在静止的 RGCs 中显著增强，这一现象在转基因构建体中得到了验证。然而，尽管 CRE2、CRE4 和 CRE6 在损伤后都表现出 EGFP 表达，其表达强度和空间分布仍未能完全再现 *mdka* 的自然表达模式。这可能意味着，在再生过程中，除了这些 CREs 之外，还有其他调控元件在起作用。此外，这些 CREs 的组合能够显著提高 EGFP 表达的准确性，并减少非特异性表达，说明它们之间的协同作用有助于提高基因调控的特异性。

值得注意的是，*mdka* 的 CREs 中包含多个转录因子结合位点，如 AP-1、Oct-1 和 USF。这些结合位点在不同发育阶段和组织中显示出不同的调控活性，表明它们可能响应不同的信号通路。AP-1 复合物在多种组织的再生过程中起重要作用，例如心脏、鳍和尾巴等，这支持了这些 CREs 在再生调控中的潜在功能。此外，研究还发现，某些 CREs 之间可能存在功能上的冗余性，即在某些情况下，一个 CRE 可以部分补偿另一个 CRE 的缺失，从而维持 *mdka* 表达的稳定性。

本研究的发现不仅揭示了 *mdka* 表达的调控机制，还为理解其他再生相关基因的调控提供了重要的参考。例如，与 *mdka* 表达模式相似的 *id1* 基因，其表达在 RGCs 中受 BMP 信号通路调控，这说明 *mdka* 和 *id1* 可能共享类似的调控机制。此外，研究还表明，某些基因可能需要复杂的调控网络来实现其在特定组织和发育阶段的表达，而另一些基因则可能通过更简单的调控方式完成。这种调控复杂性的差异可能与基因功能、组织特异性以及进化适应性有关。

本研究的局限性在于，当前的实验设计主要关注了增强子（CREs）的调控作用，而忽略了可能存在的沉默子等负调控元件。因此，未来的研究需要进一步探索这些负调控元件的作用，以更全面地理解 *mdka* 的调控网络。此外，使用荧光报告系统可能会导致信号持续时间的延长，从而影响对基因表达时间的精确判断。为了克服这一问题，研究团队还采用了 *in situ* 杂交技术，以确认 EGFP 表达与 *mdka* mRNA 表达的空间一致性。

本研究通过系统分析 *mdka* 的调控元件，为理解神经干细胞在大脑再生中的作用提供了新的视角。此外，这些转基因构建体可以作为研究再生过程中基因表达调控机制的工具，帮助科学家识别调控再生的关键因子。这些发现不仅对基础生物学研究有重要意义，还可能为再生医学和神经退行性疾病的治疗提供新的思路。