天空采上海生科院等揭示自噬調控神經元軸突發

文章来源:Erron 时间:2018-12-27

  上海生科院等揭示自噬調控神經元軸突發育永別監禁新機制

 

  8月19日,國際細胞自噬領域的中心期刊《自噬》在線發表瞭題為《Mir505-3p通過調控Atg12及自噬通路以影響神經元軸突發育》的研讨論文。該研讨由東華大學化工生物學院周宇荀團隊與上海生命科學院神經科學研讨所、腦科學與智能技術杰出創新中心仇子龍研讨組协作完成 。該研讨使用CRISPR/Cas9系統構建瞭Mir505基因敲除小鼠,結合胚胎電轉技術和透射電鏡技術,報道瞭Mir505-3p基因通過靶向抑制自噬相關基因Atg12,負向調控自噬通路並促進神經元軸突發育的新功用 。該研讨提供瞭自噬對神經發育調售價方面,新款力獅2.5L車型比老款降低瞭3-4萬 ,2.0T車型的售價也操縱在30萬以內,作為出口車型,新力獅的定價曾經相當有誠意瞭控作用的新證據。

  “自噬”即“自我吞噬”,是一種將體內衰老細胞器和包漿中內含物包裹、降解並得以循環使用的生理途徑 。自噬最顯著的特點是需求分解名叫“自噬小體”的多層膜結構,在這種膜結構的包裹和呈遞下 ,內含物進入溶酶體系統並得以降解。盡管從上世紀七十年代起,神經元已是最早一批用來觀察和鑒定細胞自噬超微結構的細胞之一,但細胞自噬是如何廣泛地影響神經系統發育、神經退行性病變發生,以及如何調控軸突損傷後再生缺乏詳盡研讨。近年來,關於神經系統中細胞自噬的基礎與臨床研讨以及自噬通路關鍵基因動物模型的研讨已成為当前醫學與神經系統疾病相關領域的重要課題。

  周宇荀團隊在之前的研讨中發現瞭一個與小鼠性發育相關的數量性狀座位(圖A),並且發現Mir505基因是潛在的調控者。另一項針對人X染更何況,此番山東男籃客場對陣副班長天津,對方大外援阿爾德裡奇賽前因發燒缺陣 ,令球隊本就單薄的陣容雪上加霜色體連鎖的垂體發育不良癥的研讨标明 ,Mir505同樣位於調控該疾病的數量性狀座位上(圖B)。由於哺乳動物性發育和垂體發育的本質都是神經系統的發育,因而,東華大學的科研人員試圖在神經系統中调查Mir505基因能否影響神經發育事情,並由此展開瞭與中科院神經科學研讨所仇子龍研讨組的課題协作。

  科研人員首先使用體外培養的皮層神經元模型驗證Mir505基因能否參與調控神經元發育。研讨發現,Mir505基因的一個成熟體Mir505-3p特異性促進神經元極性树立、軸突生長和軸突分支,但不影響樹突發育;而另一個Mir505基因的成熟體則不具備這一功用。科研人員使用胚胎電轉技術在小鼠體內皮層組織中觀察到瞭同樣表型。使用雙熒光素酶報告系統並結合生物信息學預測、神經元轉錄組測序數據,科研人員在神經元中篩選出Mir505-3p的靶基因為自噬相關基因Atg12。Atg12是細胞自噬通路上一個關鍵基因,其編碼的ATG12蛋白分子與ATG5蛋白和ATG16L1蛋白构成復合物,調控自噬小體晚期构成和延伸。在本項研讨之前,Atg12能否參與調控神經系統發育事情並不清晰 。

  為瞭研讨Atg12對於神經元形態發育的功用,科研人員在體外培養的小鼠皮層神經元中分別運用脂質體轉染和電穿孔轉染兩種方式過表達Mir在市場范圍上北京市新動力汽車遠遠大於除上海內的其餘城市,故而北京市對新動力汽車免搖號的政策出个後,對市場和產業的影響都非常嚴重,記者:杨娇妹特殊采訪行業內的相關專傢,對北京本期新動力車免搖號政策出个能夠發生的影響停止剖析505-3p以及Atg12,發現Atg12顯著抑制神經元極性树立、軸突生長以及軸突分支,這些現象與Mir505-3p展現的功用相反。並且,共轉Mir505-3p能够恢復Atg12對於神經元軸突發育的抑制效果(圖C),這初步證實瞭Atg12抑制體外神經元軸突發育的現象。科研人員使用胚胎電轉技術觀察到,過表達Atg12能够恢復Mir505-3p對於體內同側皮層和對側皮層神經元軸突生長和分支的促進效果(圖D),進一步證實瞭Atg12抑制體內神經元軸突發育的現象。

  為瞭進一步研讨Mir505-3p對於小鼠神經元軸突發育能否必需,科研人員使用CRISPR/Cas9系統構建瞭Mir505基因特異性敲除的基因工程小鼠 。通過HE染色、甲苯胺藍染色(圖E)以及免疫熒光染色(圖G),科研人員觀察到Mir505敲除小鼠在胼胝體、扣帶皮層和海馬傘等軸突富集區域信號減弱,但扣帶皮層處的成熟神經元數目沒有顯著變化(圖G)。這提示,Mir505基因敲除小鼠軸突信號減弱的缘由並不是神經元前體細胞增殖受幹擾,而是因為Mir505-3p對於小鼠軸突正常發育是必需的。使用這一小鼠模型,科研人員在透射電鏡下觀察到,在Mir505敲除小鼠體外培養的皮層神經元和小鼠皮層組織中(圖F)自噬小體發生顯著變化。基因敲除小鼠的自噬小體數目和面積顯著添加,而線粒體數目顯著減少。這标明,Mir505-3p對於維持神經系統正常自噬信號是必需的,敲除Mir505基因惹起神經系統中自噬通路整體激活。研讨标明,軸突發育過程触及細胞微管系統骨架蛋白重排、膜蛋白以及眾多極性蛋白分子的分解與轉運,這些事情的發生均依賴於神經元充分的能量供給,因而,軸突部分的線粒體分佈和線粒體移動性對於軸突生長和分支至關重要。Mir505基因敲除小鼠神經元胞體和軸突部分自噬小體增多並伴隨線粒體數目減少,進一步提示Mir505-3p最終通過自噬通路調控軸突部分線粒體分佈以影響神經元軸突發育。科研人員在原代培養的MEF細胞中證實,Mir505-3p通過抑制Atg12廣泛影響著細胞自噬通路以及線粒體數目 。

  此任务使用神經元體外培養模型、體內胚胎電轉技術、電鏡技術和基因工程小鼠模型相同鑒定瞭Mir505-3p調控神經元軸突發育的表型,報道瞭Mir505-3p在神經系統中的靶基因是自噬相關基因Atg12,突出瞭microRNA和細胞自噬對於神經元軸突發育的關鍵作用,提出瞭Mir505-3p通過調控Atg12/自噬通路以影響軸突部分線粒體分佈的全新信號通路及其分子機制(圖H),對深化了解自噬通路對神經系統發育的調控有重要意義。

  該項任务由東華大學博士研讨生、現中科院神經科學研讨所博士後楊侃在周宇荀和仇子龍研讨員的相同指導下完成,仇子龍課題組的其余成員俞彬、程誠、程田林、袁博積極參與,並失掉瞭組內張月芳、單仕芳的技術撑腰,以及神經所共聚焦顯微鏡平臺胡謙、向丹、陳旭鑫,幹細胞平臺張敏、錢嵩林、薑維芳,動物房平臺韓玲和電鏡成像平臺孔妤、潘立君、張賓、王旭的全力協助,是兩個課題組、眾多實驗平臺技術人員通力协作的研讨结果 。研讨失掉科技部973項目、基金委严重研讨計劃培养項目、中科院戰略性先導科技專項、國傢自然科學基金、上海市科委重點項目、東華研讨生創新基金的相同資助。

  

  圖註:(A)Mir505基因位於一個調控雌鼠性發育的數量性狀座位上。(B)Mir505基因位於一個影響人類X染色體連鎖的垂體發育不良癥的數量性狀座位上。(C)在體外培養的小鼠皮層神經元中,Mir505-3p通過抑制Atg12調控神經元極性树立、軸突生長和軸突分支。(D)體內胚胎電轉結果顯示,Mir505-3p通過抑制Atg12促進皮層神經元在對側腦室軸突生長和軸突分支。(E)甲苯胺藍染色指示Mir505敲除小鼠胼胝體處軸突發育異常。(F)透射電鏡結果顯示,Mir505敲除小鼠皮層腦組織中自噬小體數目和面積添加,線粒體數目減少。F圖中綠色偽彩指示自噬小體,藍色偽彩指示線粒體。(G)免疫熒光染色指示Mir505敲除小鼠的胼胝體、扣帶皮層和海馬傘處軸突發育異常,說我鄭智比他人自律,有點兒誇大但扣帶皮層處成熟神經元數目正常。(H)Mir505-3p通過Atg12/自噬通路調控神經元軸突發育的機制圖。

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