Bmal1对小鼠胚胎期皮层神经元放射状迁移和轴突投射的影响

大脑皮层的发育是脑结构形成与功能建立的重要基础,在此过程中,皮层神经元放射状迁移及胼胝体区的轴突投射是必不可少的关键环节,该环节受基因转录的调控,但相关的分子机制目前仍不明确。转录因子BMAL1 (brain and muscle Arnt-like protein1)是体内重要的生物钟节律因子之一,最新研究发现其还参与调节海马神经祖细胞增殖,提示其与神经发育存在潜在的相关性。为明确Bmal1基因在大脑皮层发育中的具体作用,本研究首先通过RT-PCR和Real-timePCR检测Bmal1基因在神经系统中的表达情况。结果表明,Bmal1基因在神经系统中表达丰富,并且在发育期的大脑内呈现特定的表达规律:在胚胎后期和出生后早期脑内表达水平相对较高,以出生后第3 d为高峰。进一步通过联合使用小鼠子宫内胚胎电转和RNAi干扰方法敲减脑内神经元中Bmal1的表达水平,结果发现胚胎期皮层神经元的放射状迁移发生了延迟,延迟程度与RNAi的敲减效率呈正相关,存在一定的基因剂量-效应关系。进一步观察发现,在胚胎期脑内神经元中降低Bmal1表达水平以后,胼胝体轴突向对侧大脑半球的投射也出现了明显的缺陷。上述研究结果表明,BMAL1是大脑皮层神经元的放射状迁移以及轴突投射发育过程中的一个重要的调控分子,为从转录因子角度深入理解大脑皮层发育的分子调节机制和寻找调控靶点提供了新的线索。     

Gsα调控小鼠大脑皮层发育

异源三聚体G蛋白激活alpha亚基(Gsα),是一种普遍存在的鸟苷酸结合蛋白,调节受体介导的胞内cAMP信号通路进而参与调控细胞的生命活动。目前Gsα信号通路的研究主要在生物化学和药物方面,但在小鼠大脑皮层发育中的作用还没有详尽的描述。本研究首先利用cre-loxP系统在小鼠大脑皮层神经前体细胞中成功敲除Gsα基因;其次,通过收集出生后不同天数的正常小鼠和敲除小鼠,统计分析后发现敲除鼠的脑重和体重减轻;最后,对小鼠大脑做切片后染色,发现在小鼠大脑皮层条件性敲除Gsα基因的成年鼠中表达thy1-EGFP(增强绿色荧光蛋白)的神经元的数量减少,皮层形成异常。由此推测,Gsα在小鼠大脑皮层发育中发挥重要作用。     

Cxcr7受体在中间神经元迁移中的新功能

中间神经元主要的一类是GABAergic抑制性神经元,可以和glutamatergic兴奋性神经元形成突触,在大脑调节它们的功能。在小鼠发育过程中,GABAergic抑制性神经元主要起源于前脑的腹面,然后沿切面迁移(tangential migration)到发育中的前脑皮层。从腹面来源的中间神经元和它们的前体细胞表达Dlx转录因子,这种转录因子对细胞迁移起到至关重要的作用。此文章的通讯作者Oscar Marin     

缺失mir122抑制斑马鱼肝脏前体细胞向肝细胞分化

作为机体内最大的脏器之一, 肝脏对于机体的新陈代谢、解毒作用以及内环境的稳定有着重要的作用。FGF、BMP以及WNT信号通路及众多转录因子形成的基因调节网络精密调控着肝脏的发育, 然而小分子RNA在肝脏形成中的功能却所知甚少。近年来的研究发现, mir122在肝细胞中高表达, 对于维持肝脏的代谢功能起着至关重要的作用, 但是其在肝脏发育中的功能还不清楚。为了深入探讨mir122在斑马鱼(Danio rerio)胚胎发育中的作用, 文章首先检测了mir122在发育过程中的时空表达, 发现mir122特异表达在肝脏, 并且在肝脏前体细胞向肝细胞分化过程中表达水平显著增高。文章还通过用反义核苷酸Morpholino (MO)敲降mir122的表达, 发现敲降mir122对肝脏前体细胞的起源、肝原基的形成以及肝脏前体细胞的增殖没有明显的影响, 但是, mir122的缺失导致肝脏前体细胞不能分化为肝细胞。因此, mir122不仅参与了成体肝脏代谢功能的调节, 还在肝脏前体细胞向肝细胞分化过程中不可或缺。     

自然感觉刺激对脑发育的影响

大脑的正常认知功能依赖于其复杂而精细的神经网络。来自环境的刺激,特别是自然的感觉刺激,对大脑皮层的多个脑区中神经元的生长、突触的形成,以及神经网络的建立至关重要。感觉输入不仅可以影响其对应感觉皮层的功能,而且可以通过跨模态机制影响其他感觉皮层的功能。然而,前人关于跨模态可塑性机制的研究主要集中在成年个体上,基本没有涉及发育早期的机制。为了研究自然感觉刺激对大脑皮层的调节,中科院神经所于翔研究组建立了对新生小鼠进行感觉刺激或剥夺的行为范式,包括通过胡须拔除对小鼠进行特异的触觉剥夺、黑暗环境饲养对小鼠进行特异的视觉剥夺,和丰富环境饲养对小鼠进行多模态的自然感觉刺激。研究发现,从出生起对小鼠进行触觉或视觉剥夺,不仅影响了对应大脑皮层的发育,而且还减缓了其他感觉皮层的发育,而通过丰富环境饲养增加感觉刺激可以促进多个感觉皮层的发育。该研究揭示了一种新型的发育早期感觉经验依赖的感觉皮层跨模态可塑性机制,并发现了催产素这种由下丘脑分泌的神经肽是介导该跨模态可塑性的关键分子。催产素由于其与情绪和社交行为的相关性,已成为孤独症治疗的热点分子之一。该研究提示催产素在发育更早期就对感觉皮层的神经环路形成有重要的促进作用。鉴于孤独症患儿经常伴随有感觉输入的异常,该发现对进一步解析孤独症的致病机制有重要的借鉴意义。     

空间飞行水稻pi-hit-1基因启动子功能分析

pi-hit-1基因是本实验室通过空间诱变找到的一个水稻新基因。为了对pi-hit-1基因启动子结构和功能进行研究,首先使用植物启动子分析数据库(PlantProm DB-TSSP,TFSEARCH,PLACE及PlantCARE)对该基因转录调控区序列进行预测分析,结果显示该基因上游调控区存在多个顺式元件,主要集中在翻译起始位点前300bp的区域,转录起始位点位于翻译起始位点前100bp,在转录起始位点前132bp存在TATA box元件。凝胶电泳迁移率实验(EMSA)发现翻译起始位点上游约300bp存在转录因子特异结合位点,为该基因的核心启动子,这与预测结果一致。采用系统生物学的方法研究水稻新基因pi-hit-1启动子结构,发现了该基因的核心启动子元件,为研究空间环境如何影响基因的转录调控提供了重要依据。     

N-WASP通过polyPro和VCA结构域调控大脑皮层神经元迁移

在大脑皮层发育过程中,神经元迁移是一个动态的复杂过程,与细胞骨架构建和重塑的调控息息相关。N-WASP蛋白是Wiskott-Aldrich综合征蛋白家族(WASP-WAVE family)的一个重要成员,又名WAS-like蛋白(WASL),直接参与细胞骨架中肌动蛋白丝状分支的动态调控。本研究通过蛋白免疫印迹检测发现N-WASP表达于小鼠胚胎发育时期(E12.5~E18.5)的大脑皮层中,并且其表达水平随着发育逐渐降低。利用在体子宫内胚胎电转实验,结果发现过表达或者敲低N-WASP均会造成不同程度的大脑皮层神经元迁移障碍,说明N-WASP在大脑皮层神经元迁移中起到关键作用。N-WASP蛋白主要包含4个结构域：WH1、GBD、polyPro和VCA。为进一步研究N-WASP各结构域在神经元迁移中的调控功能,设计了一系列的显性负性突变实验。通过过表达结构域删除的N-WASP蛋白,发现ΔpolyPro、ΔVCA和ΔWH1均能造成神经元迁移障碍。但是,过表达不能结合Cdc42的N-WASP蛋白(H208D突变体)却不能造成明显的神经元迁移障碍。另外,单独过表达N-WASP的结构域polyPro或VCA能够造成神经元迁移障碍,而过表达WH1结构域却不能影响迁移。最后,通过过表达polyPro和VCA结构域同时删除的N-WASP (WH1-GBD),发现WH1-GBD结构域对神经元迁移没有明显影响。上述结果表明N-WASP蛋白主要是通过polyPro和VCA两个结构域调控大脑皮层神经元的迁移过程。     

小鼠不同脑区星形胶质细胞小分子诱导转分化和基因表达差异的研究

该文旨在比较小分子化合物诱导小鼠不同脑区星形胶质细胞向神经元转分化的特性,并利用转录组测序技术分析小鼠不同脑区星形胶质细胞的基因表达差异。以新生小鼠皮层和海马的星形胶质细胞作为起始细胞,通过小分子化合物VCR诱导其向神经元转分化,利用免疫荧光染色检测转分化过程中细胞形态的变化以及神经元的比例,通过转录组测序比较两种星形胶质细胞的基因表达差异,并对差异基因进行荧光定量PCR验证及GO富集分析。结果表明,皮层星形胶质细胞经VCR诱导转分化为神经元的能力要显著优于海马星形胶质细胞;转录组测序发现,两种星形胶质细胞有12 658个基因存在差异表达,GO分析结果表明,在皮层星形胶质细胞中高表达的基因更多地参与细胞分裂的过程,推测差异显著基因GAD2、EYA2、GSX2、INSM1以及GNG3是与转分化相关的基因。该研究对星形胶质细胞向神经元转分化的机制研究具有借鉴意义。     

miR-34a敲除对小鼠大脑发育和行为的影响

miR-34a是一种进化保守并在脑中高表达的miRNA,已有研究显示其可能参与调控神经干细胞增殖和分化、神经元成熟和凋亡、恐惧记忆巩固等脑发育和功能的多个重要方面,但内源性miR-34a缺失是否显著影响脑正常发育和功能尚属未知。在本研究中,我们对miR-34a全敲除小鼠模型进行检测,发现miR-34a的缺失不影响成年鼠脑的重量、基本结构、大脑皮层的分层及其中几类主要类型的兴奋性和抑制性神经元的数量和分布,也不影响恐惧记忆的巩固及焦虑和抑郁样行为,但对小鼠的运动协调能力有一定影响。由于miR-34a在大脑皮层小清蛋白(parvalbumin,PV)亚型抑制性神经元中特异高表达,我们利用PV-Cre对miR-34a进行了条件敲除,但并未观察到这类神经元数量与分布的改变。我们的研究证明,miR-34a虽然参与调控小鼠大脑发育和行为的特定方面,但并非是调控大脑结构分区与皮层分层形成、皮层主要神经元类型产生与维持、恐惧记忆形成与巩固所必需的关键因子。     

人胚胎干细胞定向分化为神经前体细胞

采用单层贴壁分化的方法在无血清条件下诱导同源饲养层培养的人胚胎干细胞定向分化,得到了高比例的神经前体细胞(97.5±0.83)%(P<0.05)。这些神经前体细胞具有分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力。在长期的传代培养中发现,随着培养时间的延长,nestin阳性的神经前体细胞比例下降,同时发育能力也发生了变化。在传代培养的早期,神经前体细胞发育为神经元的比例很高,几乎没有胶质细胞分化出来。随着培养时间的延长,胶质细胞的比例逐渐上升。这与体内神经系统的发育过程非常相似。进一步研究发现具有bHLH(basic helix-loop-helix)结构域的转录因子neurogenein2(Ngn2)和Olig2可能在这一变化中起重要作用。因此,人胚胎干细胞来源的神经前体细胞能够模拟体内神经发育的模式,为在体外研究人的神经发育和再生医学奠定了基础。     

The long noncoding RNA Vax2os1 controls the cell cycle progression of photoreceptor progenitors in the mouse retina

Long noncoding RNAs (lncRNAs) are emerging as regulators of many basic cellular pathways. Several lncRNAs are selectively expressed in the developing retina, although little is known about their functional role in this tissue. Vax2os1 is a retina-specific lncRNA whose expression is restricted to the mouse ventral retina. Here we demonstrate that spatiotemporal misexpression of Vax2os1 determines cell cycle alterations in photoreceptor progenitor cells. In particular, the overexpression of Vax2os1 in the developing early postnatal mouse retina causes an impaired cell cycle progression of photoreceptor progenitors toward their final committed fate and a consequent delay of their differentiation processes. At later developmental stages, this perturbation is accompanied by an increase of apoptotic events in the photoreceptor cell layer, in comparison with control retinas, without affecting the proper cell layering in the adult retina. Similar results are observed in mouse photoreceptor-derived 661W cells in which Vax2os1 overexpression results in an impairment of the cell cycle progression rate and cell differentiation. Based on these results, we conclude that Vax2os1 is involved in the control of cell cycle progression of photoreceptor progenitor cells in the ventral retina. Therefore, we propose Vax2os1 as the first example of lncRNA that acts as a cell cycle regulator in the mammalian retina during development.     

Microarray expression profiling in the denervated hippocampus identifies long noncoding RNAs functionally involved in neurogenesis

Background

The denervated hippocampus provides a proper microenvironment for the survival and neuronal differentiation of neural progenitors. While thousands of lncRNAs were identified, only a few lncRNAs that regulate neurogenesis in the hippocampus are reported. The present study aimed to perform microarray expression profiling to identify long noncoding RNAs (lncRNAs) that might participate in the hippocampal neurogenesis, and investigate the potential roles of identified lncRNAs in the hippocampal neurogenesis.

Results

In this study, the profiling suggested that 74 activated and 29 repressed (|log fold-change|>1.5) lncRNAs were differentially expressed between the denervated and the normal hippocampi. Furthermore, differentially expressed lncRNAs associated with neurogenesis were found. According to the tissue-specific expression profiles, and a novel lncRNA (lncRNA2393) was identified as a neural regulator in the hippocampus in this study. The expression of lncRNA2393 was activated in the denervated hippocampus. FISH showed lncRNA2393 specially existed in the subgranular zone of the dentate gyrus in the hippocampus and in the cytoplasm of neural stem cells (NSCs). The knockdown of lncRNA2393 depletes the EdU-positive NSCs. Besides, the increased expression of lncRNA2393 was found to be triggered by the change in the microenvironment.

Conclusion

We concluded that expression changes of lncRNAs exists in the microenvironment of denervated hippocampus, of which promotes hippocampal neurogenesis. The identified lncRNA lncRNA2393 expressed in neural stem cells, located in the subgranular zone of the dentate gyrus, which can promote NSCs proliferation in vitro. Therefore, the question is exactly which part of the denervated hippocampus induced the expression of lncRNA2393. Further studies should aim to explore the exact molecular mechanism behind the expression of lncRNA2393 in the hippocampus, to lay the foundation for the clinical application of NSCs in treating diseases of the central nervous system.

     

Sox11 modulates neocortical development by regulating the proliferation and neuronal differentiation of cortical intermediate precursors

Neural precursor cells play important roles in the neocortical development, but the mechanisms of neural progenitor proliferation, neuronal differentiation, and migration, as well as patterning are still unclear. Sox11, one of SoxC family members, has been reported to be essential for embryonic and adult neurogenesis. But there is no report about the roles of Sox11 in corticogenesis. In order to investigate Sox11 function during cortical development, loss of function experiment was performed in this study. Knockdown of Sox11 by Sox11 siRNA constructs resulted in a diminished neuronal differentiation, but enhanced proliferation of intermediate progenitors. Accompanied with the high expression of Sox11 in the postmitotic neurons, but low expression of Sox11 in the dividing neural progenitors, all the observations indicate that Sox11 induces neuronal differentiation during the neocortical development.