爪蟾(Xenopus)模型重要实验室介绍
爪蟾(非洲爪蟾,Xenopus laevis 及其近缘物种 Xenopus tropicalis)是发育生物学、神经科学、细胞生物学和遗传学等领域的重要模式生物。其胚胎大、易操作、发育迅速,且与哺乳动物在早期发育和基础细胞机制上高度保守。以下是一些国际上利用爪蟾进行前沿研究的知名实验室,按主要研究领域分类介绍:
一、 神经环路发育与可塑性
Hollis Cline 实验室 - Scripps研究所 / Max Planck佛罗里达研究所
研究重点:视觉系统神经环路的发育与经验依赖性可塑性。利用活体成像、电生理、行为学及分子生物学技术,研究视觉经验如何调控视顶盖神经元的树突棘动态、突触形成和环路重塑,以阐明学习和记忆的细胞机制。上文提及的CPEB研究是该实验室的标志性成果之一。
Kurt Haas 实验室 - 英属哥伦比亚大学
研究重点:体内神经环路的发育与动态。专注于研究轴突导向、突触形成和早期感觉经验(尤其是视觉)在塑造大脑连接中的作用,利用先进的活体双光子成像技术实时观测单个神经元的生长和环路变化。
Tim Gomez 实验室 - 威斯康星大学麦迪逊分校
研究重点:轴突导向与神经生长的动态成像。研究引导轴突生长的细胞外信号和细胞内骨架动力学,特别是在脊髓和视觉系统中,探索生长锥对导向信号的响应机制。
Nick Spitzer 实验室 - 加州大学圣地亚哥分校
研究重点:神经递质表型的可塑性。研究在发育和活动依赖过程中,神经元如何改变其合成的神经递质(如从乙酰胆碱转变为GABA),以及这种变化对神经环路功能的深远影响。
Serrano实验室 - 马里兰大学
研究重点:听觉与平衡系统的神经生物学。研究内耳毛细胞和第八脑神经的发育、再生及功能,探索听觉和前庭信息处理的神经基础。
二、 胚胎发育与形态发生
Richard Harland 实验室 - 加州大学伯克利分校
研究重点:背腹轴形成与神经诱导。该实验室是早期胚胎发育研究的先驱,利用分子遗传学和基因组学方法,经典地研究了BMP信号抑制在神经板和背侧组织形成中的核心作用。
John Wallingford 实验室 - 德克萨斯大学奥斯汀分校
研究重点:胚胎形态发生的细胞与分子基础。专注于器官发生过程中的细胞行为,特别是纤毛发生、 convergent extension(集中延伸)和上皮细胞形态变化,以理解原肠胚形成、神经管闭合等基本发育过程。
Doug DeSimone 实验室 - 弗吉尼亚大学
研究重点:细胞粘附与形态发生。研究整合素介导的细胞-基质粘附在细胞迁移、原肠胚形成和组织形态构建中的动态调控机制。
Philippe Fort 实验室 - 法国国家科学研究中心
研究重点:Rho GTP酶信号在神经嵴发育中的作用。探索小G蛋白信号通路如何调控神经嵴细胞的迁移、分化和命运决定。
Peter Vize 实验室 - 卡尔加里大学
研究重点:肾脏器官发生。建立和维护了重要的爪蟾肾脏发育数据库,研究肾脏前体细胞的诱导、分支形态发生和肾单位形成的分子机制。
三、 细胞生物学与信号转导
Janet Heasman / Christopher Wylie 实验室 - 辛辛那提儿童医院
研究重点:细胞粘附、信号传导与运动,特别是在生殖细胞和原肠胚形成中的作用。对母源因子和Wnt信号通路有深入的研究。
Michael Klymkowsky 实验室 - 科罗拉多大学博尔德分校
研究重点:细胞骨架与发育。利用爪蟾卵母细胞和胚胎,研究中间丝、角蛋白等在细胞结构维持和胚胎发育中的功能。
Khaled Machaca 实验室 - 威尔康奈尔医学院卡塔尔分校
研究重点:卵母细胞成熟与钙离子信号。研究细胞周期调控和受精过程中细胞内钙库释放的机制。
Tim Stearns 实验室 - 斯坦福大学
研究重点:中心体与细胞极性。利用爪蟾卵提取物这一强大生化系统,研究中心体复制、微管组织形成及其与细胞周期调控的关联。
四、 基因组学、进化与疾病模型
Robert Grainger 实验室 - 弗吉尼亚大学
研究重点:热带爪蟾(X. tropicalis)的发育遗传学。利用热带爪蟾二倍体、基因组紧凑的优势,结合CRISPR/Cas9等基因编辑技术,进行正向和反向遗传学研究,探索基因在早期发育中的功能。
Pawel Michalak 实验室 - 弗吉尼亚理工大学
研究重点:进化遗传学与比较基因组学。研究杂交种不育/致死现象(生殖隔离)、基因表达进化以及适应性进化。
Mike King 实验室 - 印第安纳大学-普渡大学印第安纳波利斯分校
研究重点:早期发育与癌症中的基因功能。专注于研究原癌基因和肿瘤抑制基因在正常发育中的功能,及其失调如何导致疾病。
Jacques Robert 实验室 - 罗切斯特大学
研究重点:比较免疫学与病毒免疫。利用爪蟾作为研究免疫系统进化、抗病毒免疫和肿瘤免疫的模型。
五、 其他特色研究方向
Darcy Kelley 实验室 - 哥伦比亚大学:研究南非爪蟾鸣叫行为的神经基础与进化。
Grant Wheeler 实验室 - 东英吉利大学:研究Wnt信号通路和细胞粘附。
Vance Trudeau 实验室 - 渥太华大学:研究性类固醇激素和甲状腺激素在性别决定与发育中的作用。
英国爪蟾研究社群:拥有活跃的 British Xenopus Group,协调合作,推动该模型在英国的发展。
总结:
爪蟾模型凭借其独特的优势,在全球数百个实验室中持续发挥着不可替代的作用。从最基础的细胞过程(如细胞周期、信号转导)到复杂的器官形成和神经系统功能,这些实验室的研究共同推进了我们对生命科学核心规律的理解,并为人类发育障碍、神经退行性疾病和癌症等的研究提供了重要见解。上文提到的Hollis Cline实验室正是其中在神经可塑性领域做出杰出贡献的代表。
附实验室主页链接:
Hollis Cline Lab Neural circuit development and plasticity
Kurt Haas Lab Neural circuit development
Dominique Alfandari ADAM metalloprotease function during embryonic Development. UMASS
Amaya Lab Homepage Research in Molecular Embryology
British Xenopus Group
Leon Browder Post-transcriptional regulation, gene traps
Elena Casey Developmental Neurobiology. Georgetown University
Jamie Davies The kidney development database
Doug DeSimone Cell adhesion, UVA
Finkielstein Lab Cell cycle regulation and death processes at Virginia Tech
Philippe Fort Rho signaling in the neural crest during Xenopus embryo development, CNRS
Dave Gard Cytoskeletal Organization During Oogenesis & Early Development in Xenopus laevis
Earl W. Godfrey, Ph.D. Molecular basis of neuromuscular synapse formation in Xenopus embryos, EVMS
Tim Gomez Dynamic nerve growth imaging, UW
Horst Grunz Formation of the body plan during early embryonic development
Robert Grainger Genetics of X. tropicalis at the University of Virginia
Sherril Green Xenopus laevis husbandry, biology, infectious and parasitic diseases of laboratory Xenopus laevis. Stanford U.
Richard Harland Axis formation and neural induction, University of California, Berkeley
Janet Heasman Cell adhesion, cell signalling, and cell motility. Cincinnati Children's Hospital Medical Center
David Heathcote Developmental Neurobiology
Ali Hemmati-Brivanlou Rockefeller University
Michael Kavanaugh UMT, Neurotransmitter transporters, membrane proteins involved in reuptake & signaling in neurons.
Darcy B. Kelley Vocal behaviors of the South African clawed frog.
Kelley Lab Field Studies in Gabon (Xenopus)
Michael W. King Gene Function in Early Development and Cancer.
Chris Kintner Ph.D. Molecular biology of neurogenesis in amphibian embryos. The Salk Institute for Biological Studies
Mike Klymkowsky Cell Biology & Development at Univ. Colorado, Boulder
Kristen L. Kroll Washington University, St.Louis, Neurogenesis
Barbara Lom Davidson College, Neurogenesis
Kelly McLaughlin Organ development and repair at Tufts University
Khaled Machaca Oocyte maturation, Ca2+ signaling.
Pawel Michalak Evolutionary genetics, comparative genomics, hybrid defects, gene expression
Randall T. Moon Xenopus and Zebra fish Research at University of Washington
Tom Moss L'université Laval, Ribosomal RNA gene expression, intracellular signal transduction
Klaus Richter Neural Development in Xenopus
Jacques Robert U of Rochester, Evolution of Immune Surveillance, Tumor and Viral Immunity
Alan Roberts University of Bristol, Function of CNS
Ralph Rupp Adolph-Butenandt-Institute
Tom Sargent NIH Xenopus and Zebra fish Interest Group.
Serrano's Neurolab Neurobiology of Xenopus Auditory & Vestiblar Systems
Erwin Sigel GABAA Receptor Channels at the University of Bern (Switzerland)
Donald Slish Xenopus oocyte electrophysiology at Plattsburgh State University
Sive Lab anteroposterior patterning in Xenopus & fish Danio Rerio
Sergei Sokol Dept. of Microbiology and Molecular Genetics
Nick Spitzer Biology at UCSD
Tim Stearns Stanford U, Cell polarity / centrosomes
Brad Stith University of Colorado-Denver, Biology Dept.
Vance Trudeau Dept.of Biology, University of Ottawa, Roles of sex steroids and thyroid hormones in sexual development
Max Ulbrich Molecular Imaging group, Freiburg, Germany
Katharine Ullman, Ph.D. University of Utah, Nuclear pore function through-out the cell cycle
Peter Vize Organogenesis of the kidney.
The Wallingford Lab Molecular and cellular basis of embryonic morphogenesis at UT Austin
Grant Wheeler University of East Anglia, wnt signalling and cell adhesion
Woodland Lab Warwick, UK
Mike Wormington, Ph.D Developmentally Regulated Translational Masking and Unmasking of Maternal mRNAs UVA.
Wylie /Heasman Lab Cincinnati Children's Hospital Medical Center