OTX1下游靶基因和神经发育障碍的分子机制研究

Transcription factor OTX1 is expressed in the developing cerebral cortex. The expression of OTX1 in the human brains with focal cortical dysplasia and epilepsy is abnormal. OTX1 has also been associated with autism and intellectual disability in cohorts of patients. However, the molecular processes underlying the roles of OTX1 in epilepsy and autism are unclear. We found in the previous studies that Otx1 plays important roles in the dendritic morphology and electrophysiology of cortical neurons. By comparing the gene expression of layer V cortical neurons between Otx1 mutant and the wild-type mice, we postulated that Ca2+-activated K+ channel Kcnn1 may subject to the regulation by Otx1. KCNN1 participates in hyperpolarization of action potential and regulates excitability of neurons and the excitatory neural transmission. By employing Otx1 mutant mice and in utero electroporation technique, this study will determine the expressional regulation of Kcnn1 by Otx1 in normal and epileptic mice. We will also examine Kcnn1-mediated Otx1 regulation of dendritic morphology, spine formation, and excitability of neurons. Finally, the transcriptional downstream targets of OTX1 will be determined by searching the binding sites of OTX1 in the genome. This study will reveal a novel molecular mechanism underlying the etiologies of autism and epilepsy.

转录因子OTX1表达在发育期大脑皮质。在局部皮质发育不良的癫痫病人脑组织中OTX1表达异常。 而关联分析发现OTX1可能与自闭症谱系障碍有关。 但OTX1参与人类癫痫和自闭症形成的分子机制尚不清楚。我们发现Otx1在大脑皮质神经元的树突发育和电生理活动中起着重要作用。通过分析Otx1突变小鼠第五皮层神经元的基因表达，已发现钙离子激活的钾离子通道KCNN1可能受 Otx1的表达调控。KCNN1调节神经元兴奋性以及突触传递。 本项目将采用Otx1突变小鼠和胚胎基因转染技术, 研究 Otx1在正常和癫痫小鼠中对Kcnn1的表达调节。同时将证实Otx1调控神经元的树突形态，突触数目以及神经元兴奋性，并研究KCNN1在其中的介导作用。最后通过寻找OTX1在基因组的结合位点，以确定OTX1转录调控的下游靶基因。本课题将揭示癫痫和自闭症形成一个新的分子机制.

Otx1是同源异型盒的转录因子，与中枢神经系统的发育和疾病有关。 在2p15-16.1染色体微删除中 Otx1和 Crm1 等多个基因丢失，导致 智力低下，自闭症，癫痫和小头畸形等特征。在本基金的支持下，我们首先研究了Otx1对皮质神经前体细胞的细胞周期的影响。 发现在小鼠大脑中抑制Otx1 可减少皮质神经元的生成，但增加了星形胶质细胞。为了揭示Otx1在调节细胞增殖和电压门控K 离子通道中的作用。我们在神经母细胞瘤N2a细胞中研究了K 依赖性的外向电流。发现表达Otx1的N2a细胞具有较高的K电流幅度和较低的半失活电位。 通过基因表达谱进一步研究了Otx1的下游吧基因， 发现 Otx1诱导N2a细胞中Kcnq2的上调，提示Kcnq2可能参与Otx1相关的K电流变化和癫痫发生。我们还检查了Crm1，该基因在2p15-16.1染色体微删除中与Otx1一同丢失， Crm1的抑制 降低了皮质神经细胞的增殖并增加了p53依赖性的凋亡, 我们发现有丝分裂滑移是皮质神经细胞凋亡的新机制。同时还讨论了Foxp1自闭症相关突变导致皮质发育障碍和树突形态异常的分子机理。总之，本课题推进了我们对Otx1及其2p15-16.1微删除影响大脑皮质发育分子机制的认识。在该项基金的支持下， 已发表3篇SCI论文。