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。     

BAX敲除对小鼠大脑皮层和海马星形胶质细胞分布的影响

星形胶质细胞是大脑中一类高度异质的重要大胶质细胞,不仅在脑的发育和功能中起到重要作用,也参与多种神经病理生理学过程。多项研究表明B淋巴细胞瘤-2相关X蛋白(B-cell lymphoma-2 associated X protein,BAX)依赖性凋亡通路参与调控正常发育过程中脑内神经元的数量与分布,但是对其调控星形胶质细胞的研究则较为匮乏。本文旨在研究BAX是否参与不同脑区星形胶质细胞分布的调控。以纯合子和杂合子BAX敲除小鼠为研究对象,用SOX9免疫荧光染色法检测6周龄小鼠的大脑皮层和海马中星形胶质细胞的密度。结果显示,星形胶质细胞的密度在不同皮层分区之间以及皮层和海马之间存在显著差异,并且BAX敲除导致海马中星形胶质细胞的密度显著降低,皮层中GABA能抑制神经元密度显著升高,而皮层中星形胶质细胞的密度则未受显著影响。以上结果提示,BAX差异调控皮层星形胶质细胞与神经元,也差异调控皮层与海马中的星形胶质细胞。这项研究为了解星形胶质细胞的区域异质性和BAX在大脑发育中的功能提供了重要信息。     

MiR-150缺失增强小鼠NKT细胞IFN-γ产生并抑制黑色素瘤细胞的肺转移

CD1d限制性NKT细胞(自然杀伤T细胞)是一群具有免疫调节功能的T细胞亚群,在调控多种免疫应答中发挥重要作用．MicroRNAs介导的RNA干扰已被证明是调控NKT细胞发育和功能的关键分子机制,然而特异microRNA在NKT细胞发育和功能中的作用目前仍不清楚．在本研究中,我们采用miR-150基因敲除小鼠以及流式细胞术、ELISA等方法,观察miR-150对小鼠NKT细胞发育和功能的影响．结果表明：miR-150基因缺失致小鼠胸腺NKT细胞数量减少,但不影响外周NKT细胞的数量;活化后miR-150敲除小鼠NKT细胞与野生型小鼠NKT细胞相比,IFN-γ产生增加．进一步采用小鼠黑色素瘤模型观察miR-150对肿瘤细胞转移的影响,发现miR-150敲除显著增强半乳糖神经鞘氨醇(α-Galcer)对小鼠黑色素瘤细胞肺转移的抑制效果．上述结果为特异microRNA调控NKT细胞发育和功能的研究提供了新的线索．     

发现了与恐惧相关的基因

与恐惧有关的神经环路位于杏仁核，该部位是形成恐惧记忆的关键。最近Shumyatsky等发现杏仁核侧部主要神经元可大量释放胃泌素分泌相关肽(GRP)，该肽类神经递质的受体则分布在同一区域释放γ-氨基丁酸(GABA)的中间神经元上。GRP可引起含有GRP受体的神经元释放更多的GABA，大量的GABA可增强对该区域主要神经元活动的抑制。敲除小鼠GRP受体的基因后，这种抑制作用消失，并导致另一与恐惧记忆有关的神经回路皮层长时程增强效应加强。这表明，缺乏GRP受体会导致杏仁核中间神经元对主要神经元活动抑制作用的缺失，并使皮层和杏仁核的神经元对长时程增强效应变得敏感，从而增强由恐惧刺激引起的记忆。GRP受体基因敲除的小鼠因此表现出更强和更长久的恐惧记忆行为。     

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。     

TrkB受体依赖的PV神经元调控小鼠视觉方位辨别能力的机制

神经营养因子-酪氨酸受体激酶B （tyrosine receptor kinase B,TrkB）信号通路在调控初级视皮层（primary visual cortex,V1）兴奋与抑制平衡上发挥着重要的作用,以往的研究揭示了其通过增加兴奋性传递效率来调控皮层兴奋性水平的机制,却并未阐明TrkB受体如何通过抑制系统来调控兴奋与抑制平衡,进而影响视觉皮层功能。为了探讨TrkB信号通路如何特异性地调控最主要的抑制性神经元——PV神经元进而对小鼠视觉皮层功能产生影响,本研究通过病毒特异性地降低V1区的PV神经元上TrkB受体的表达水平,并通过在体多通道电生理手段记录初级视皮层抑制性与兴奋性神经元功能变化,通过行为学实验测试小鼠的方位辨别能力改变。结果表明,初级视觉皮层中的PV抑制性神经元上的TrkB受体表达减少会显著增加兴奋性神经元的反应强度,减弱抑制性神经元与兴奋性神经元的方位辨别能力,增加二者的信噪比,但是小鼠个体水平的方位辨别能力出现下降。这些结果说明,TrkB信号通路并非单纯通过增加靶向PV神经元的兴奋性传递来调控PV神经元的功能,其对神经元信噪比的影响也并非由于抑制系统的增强所致。     

Nbn基因神经特异性敲除小鼠海马神经元发育的形态学研究

Nbn基因（又称Nbs1）是DNA断裂损伤修复和端粒长度调控的重要因子,其功能缺失不仅会导致DNA损伤修复异常,也会使端粒难以维持正常的稳定结构,从而影响小鼠中枢神经系统的发育,导致小头畸形、生长障碍、小脑萎缩以及共济失调等。本实验通过观察Nbn基因神经特异性敲除（Nbn-CNS-del）小鼠海马神经元发育的形态学变化,探讨Nbn基因在小鼠海马神经元发育中的作用,     

microRNA-10a/b通过抑制Mib1调节斑马鱼神经元的发育

该文研究了microRNA-10(miR-10)家族miR-10a/b在斑马鱼胚胎发育时期神经管的表达及其对神经元发育的影响。通过斑马鱼胚胎整体原位杂交及Taq Man PCR技术分析研究miR-10a/b在斑马鱼胚胎期神经管的表达情况。利用吗啡啉(morpholino,Mo)修饰的反义寡核苷酸敲低技术建立miR-10a/b下调的斑马鱼模型,研究miR-10a/b下调后神经元发育异常的表型,并分析鉴定miR-10调控神经元发育的下游靶点。结果发现,受精后24 h(24 hours post fertilization,24 hpf)和48 hpf,miR-10a和miR-10b在斑马鱼神经管中高表达;miR-10a/b-Mo下调miR-10a/b的表达后,背神经管中神经元数量明显变少;下调Mib1(mindbomb E3 ubiquitin protein ligase 1)能挽救miR-10下调引起的神经元表型异常;miR-10a/b下调后胚胎神经管中Mib1表达显著上调。上述结果表明,miR-10a/b通过抑制Mib1的表达来影响斑马鱼神经元的发育。     

胰岛素样生长因子结合蛋白4基因敲除小鼠的建立和鉴定

[目的]用CRISPR/Cas9技术构建胰岛素样生长因子结合蛋白4(IGFBP-4)基因敲除(knock-out,KO)小鼠,以研究IGFBP-4对脑发育的影响。[方法]将IGFBP-4引导RNA和Cas9 mRNA显微注射于小鼠受精卵,繁育小鼠并观察体重和脑重改变。PCR和RT-PCR鉴定DNA和mRNA突变,Isotropic Fractionator测脑细胞总数和神经元数量,Western Blot观察NeuN表达,转棒实验测试动物行为学。[结果]KO造成了4种DNA缺失和插入突变,选择缺失GGGT致移码突变的动物进行繁育。与野生型小鼠相比,3月龄KO小鼠体重减轻了10.8%(P 0.05),整脑、皮层和小脑重量分别减轻了7.2%、6.9%和10.3%(P 0.05),小脑神经元比例和NeuN表达水平分别降低了14.3%和15.3%(P 0.05),Rotarod运动能力有所降低。[结论]用CRISPR/Cas9成功制备了IGFBP-4 KO小鼠,动物体重和部分脑区重量和神经元数量受到了影响。     

利用CRISPR/Cas9系统在小鼠胚胎干细胞中进行miR-22的功能研究

旨在构造neomycin筛选标记的sgRNA表达载体,并利用CRISPR/Cas9技术构建miR-22缺失的小鼠胚胎干细胞,探究miR-22在小鼠胚胎干细胞中的调控作用。首先通过点突变、搭桥PCR等手段,构造neomycin筛选标记的sgRNA表达载体,并获得靶向敲除miR-22的sgRNA表达载体,电转至稳转Cas9的小鼠胚胎干细胞中;其次经药物筛选、基因型鉴定等步骤筛选miR-22纯合缺失的小鼠胚胎干细胞。RT-qPCR手段证实miR-22在小鼠胚胎干细胞中被成功敲除,纯合突变体的比例约为6.67%。此外,miR-22缺失并未影响胚胎干细胞的细胞形态以及Oct4、Sox2和Nanog等干性基因的表达。因此,miR-22对小鼠胚胎干细胞的干性维持并非必需,而对胚胎干细胞谱系分化和命运决定的影响还有待进一步研究。     

长非编码RNA-Tug1在大脑皮层发育过程中的初步研究

哺乳动物大脑皮层发育过程中,神经前体细胞精密有序地产生不同类型的子代细胞,如神经元和胶质细胞.特异转录因子精确激活或抑制性状决定基因在该过程中发挥决定性作用.最近的研究发现,长非编码RNA(lncRNA)在器官发育和疾病发生过程中发挥重要的基因调控功能,但lncRNA在大脑皮层发育过程中发挥的作用尚不清楚.本研究发现,在小鼠大脑皮层发育过程中,lncRNA-Tug1的表达量随着神经元的产生而显著上调.组织原位杂交显示,在皮层发育的几个关键时期,Tug1广泛分布于背侧前脑神经前体细胞及其子代细胞中.应用小鼠子宫内电穿孔技术敲低Tug1,发现Tug1对神经前体细胞的增殖或分化没有显著性影响.本研究构建了特异针对Tug1转录起始位点上游的TALEN表达载体,在培养的小鼠细胞里发现它们具有显著的切割效率.下一步将在Tug1转录起始位点5′端敲入多聚腺苷酸尾(Poly A)信号片段,以构建Tug1失活小鼠模型,研究Tug1在皮层发育过程中的作用,并探索高效建立lncRNA失活小鼠模型的途径.     

p53基因敲除对小鼠神经行为及桶状皮层神经元数目的影响

目的探究p53基因在小鼠神经行为活动中的作用及对桶状皮层神经元数目的影响。方法 45只8～12周龄C57BL/6背景的p53基因敲除(KO)小鼠为实验组,38只同年龄同背景的野生型(WT)小鼠为对照组。通过旷场实验、Y迷宫实验和纹理辨别实验测试小鼠焦虑样行为、自发运动、工作记忆能力及触须敏感性。用尼氏染色法观察桶状皮层II/III层神经元数目变化。结果与WT小鼠相比,p53基因敲除小鼠在旷场中心活动的时间(P 0.05)、旷场中总运动路程(P 0.05)和Y迷宫中自发交替率(P 0.05)、进入臂的总次数(P 0.05)均无显著差异,但对新纹理目标物的探索百分比显著减少(P0.01); p53基因敲除小鼠桶状皮层II/III层的神经元数目较野生型小鼠显著减少(P0.01)。结论 p53基因缺失不会导致小鼠出现焦虑样行为、也不影响其自发运动及工作记忆能力,但损伤了小鼠对新纹理的辨别能力,即触须敏感性,可能与桶状皮层II/III层神经元数目减少有关。     

转录因子Egr-1参与长期性恐惧记忆和焦虑

锌指转录因子点Egr-1在将细胞外信号和胞内基因表达的变化相耦联过程中发挥重要的作用。海马和杏仁体是记忆形成和储存的两个主要的脑区。在海马和杏仁体中,Egr-1可被长时程增强（long-term potentiation,LTP）和学习过程上调。在Egr-1敲除小鼠上观察到晚时相声音恐惧记忆受损,而短时的痕迹和场景记忆却不受影响;另外,在Egr-1敲除小鼠上,用theta burst刺激杏仁体和听觉皮层所引起的突触增强被明显减弱或完全阻断。因此,我们的研究表明,转录因子Egr-1选择性地在晚时相听觉恐惧记忆中发挥作用。     

老化和精神疾病引起的皮层抑制功能变化

脑神经网络信息加工的实现方式主要依赖于兴奋性和抑制性突触连接.脑内抑制性神经元数量较少,但在信息加工和神经可塑性等方面作用极其重要,而且抑制系统失常与多种脑功能障碍有关联.脑内抑制性神经环路可粗略分为皮层内和皮层间(包括前馈和反馈)两种,分别介导同一脑区内和不同脑区间的抑制作用.本文先围绕中心-外周抑制和运动方向互斥介绍了皮层间、皮层内抑制的行为表现和作用机制,然后以老化和精神疾病为例综述了脑功能障碍与视觉系统皮层抑制功能变化间的联系,希望能对相关研究工作有所助益.     

兴奋性和抑制性活动平衡神经网络中的混沌现象

兴奋性和抑制性活动平衡神经网络中的混沌现象动物皮层脑片受到恒定电流刺激时,神经元放电较为规则,而行为动物大脑神经元呈现不规则的放电模式,这是否意味着完整大脑神经元的不规则放电是由其突触输入存在着强烈的时间波动所致？但对于单个皮层神经元而言,即使单个突...     

间歇性低氧预处理对创伤后应激障碍模型小鼠恐惧和焦虑行为的改善作用

间歇性低氧(intermittent hypoxia, IH)对高血压、心肌梗死、脑缺血以及抑郁症有一定预防和治疗作用,但IH对创伤后应激障碍(post-traumatic stress disorder, PTSD)的作用尚不清楚。本研究采用不可逃避足底电击联合场景再现制备PTSD小鼠模型,通过旷场测试、高架十字迷宫测试及条件性恐惧测试反映其恐惧和焦虑水平;通过Y迷宫测试反映其空间记忆能力;通过免疫组化染色检测海马、杏仁核和内侧前额叶皮层Fos阳性神经元的数量;采用Western blot方法检测海马、杏仁核和内侧前额叶皮层低氧诱导因子1α(hypoxia inducible factor-1α, HIF-1α)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor, BDNF)蛋白表达水平。结果显示,IH与模型(电击)对高架十字迷宫测试中进入开放臂次数所占百分比、条件性恐惧测试中僵住时间和排便数量存在交互作用,IH能增加PTSD模型小鼠在高架十字迷宫中开放臂运动次数,减少条件性恐惧测试中僵住时间和排便数量。同时,IH预处理能减少PTSD模型小鼠海马、杏仁核和内侧前额叶皮层Fos阳性神经元的数量,增加这些脑组织中HIF-1α、VEGF和BDNF蛋白的表达水平。以上结果表明,IH预处理对PTSD模型小鼠恐惧和焦虑行为有改善作用,提示IH有可能成为预防PTSD的有效手段。     

孕期家装污染对子代大鼠脑组织结构和认知功能的影响

目的:建立孕期家装污染大鼠模型,并探讨其对孕鼠子代神经元形态和神经行为的影响.方法:将22只成年孕鼠随机分为对照组和染毒组,分别在孕早期(D1-D10)给予相应的处理.在生后不同时间观察新生大鼠大脑的发育并检测脑组织重量,同时观察新生大鼠皮层神经元的形态变化并检测学习记忆活动.结果:各组新生大鼠脑组织无畸形,且各组大鼠脑组织重量无显著变化,但与对照组相比染毒组皮层神经元的排列及形态欠规则.出生一月后染毒组皮层神经元突起的数量及长度均少于对照组.行为学检测观察到染毒组大鼠其子代大鼠的学习记忆能力明显低于对照组.结论:家装污染物可导致新生大鼠海马神经元的形态学改变并抑制神经元突起的发育与生长,对大鼠的学习记忆功能有明显的损害作用.     

成年大脑神经细胞特异性ADAM10基因敲除小鼠模型的建立与鉴定

去整合素和金属蛋白酶10(ADAM10)是一种能够水解30余种跨膜蛋白质的“脱落酶”(sheddase), 参与诸多生理过程和致病机制, 如胚胎发育、细胞粘附、信号转导、免疫反应、癌症和阿尔茨海默病。迄今, 已报道的ADAM10完全基因敲除小鼠和大脑神经前体细胞特异性ADAM10基因敲除小鼠分别于胚胎期或围产期死亡, 致使无法研究成年小鼠大脑神经细胞ADAM10基因的功能。文章利用本研究小组建立的CaMKIIα-Cre转基因小鼠与ADAM10^loxP/loxP转基因小鼠杂交, 获得了CaMKIIα-Cre/ADAM10^loxP/loxP小鼠, 并对其进行鉴定。利用PCR方法检测成年ADAM10 cKO小鼠大脑基因组DNA表明, ADAM10基因缺失主要发生在前脑皮层和海马中。荧光定量PCR检测结果显示, ADAM10 mRNA的表达水平在前脑皮层和海马中分别降低55.7%和60.8% ; 使用Western blotting方法研究发现, ADAM10成熟蛋白质的含量在前脑皮层和海马中分别减少63%和84.8% 。采用免疫组织化学方法检测表明, 成年ADAM10 cKO小鼠与野生型小鼠相比, 其大脑皮层和海马神经细胞的ADAM10免疫染色明显减弱, 而其它细胞如胶质细胞的免疫染色基本一致。总之, 文章成功制备了首个存活至成年的大脑神经细胞特异性ADAM10基因敲除(cKO)小鼠, 克服了小鼠因ADAM10缺失在胚胎期或围产期死亡的弊端, 为研究成年小鼠大脑神经细胞ADAM10基因的功能奠定了坚实的基础。     

miR-34a在幼鼠海马神经元细胞增殖和凋亡中的作用

目的:探讨miR-34a在幼鼠海马神经元细胞增殖凋亡中的作用。方法:分离幼鼠海马神经元细胞,转染miR-34a抑制剂(miR-34a inhibitor)、抑制剂对照(inhibitor control)、miR-34a模拟物(miR-34a mimics)、模拟物对照(mimics control),RT-PCR检测细胞中miR-34a表达水平。MTT检测转染后细胞增殖情况。流式细胞仪检测细胞凋亡情况。Western blot检测细胞中Cleaved-caspase-3、Bcl-2、Bax的表达水平。结果:转染miR-34a inhibitor可以抑制miR-34a的表达,miR-34a mimics可以促进miR-34a的表达。miR-34a mimics对细胞增殖抑制率明显高于mimics control组(P0.05),miR-34a inhibitor组抑制率明显低于inhibitor control组(P0.05)。miR-34a inhibitor组神经元细胞凋亡率明显低于inhibitor control组(P0.05),miR-34a mimics组神经元细胞凋亡率明显高于mimics control组(P0.01),inhibitor control组和mimics control组神经元细胞凋亡率差异不显著(P0.05)。miR-34a inhibitor组Cleaved-caspase-3、Bax蛋白表达量低于inhibitor control组,差异显著(P0.05);miR-34a inhibitor组Bcl-2蛋白表达量高于inhibitor control组,差异显著(P0.05);miR-34a mimics组Cleaved-caspase-3、Bax蛋白表达量高于mimics control,差异显著(P0.05);miR-34a mimics组Bcl-2蛋白表达量低于mimics control,差异显著(P0.05)。结论:miR-34a抑制海马神经元细胞增殖,促进细胞凋亡,其作用机制可能与调控Cleaved-caspase-3、Bcl-2、Bax表达有关。     

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。