极性蛋白对胚胎神经干细胞增殖分化的调控机制

During mammalian brain development, hundreds of millions of neurons are generated from a relatively small number of neural stem cells. Loss of the balance between proliferation and differentiation of neural stem cells can cause cortical dysplasia, and thus brain diseases such as brain tumors and hydrocephalus. Therefore, it would be essential to understand how the balance between self-renewal and differentiation of neural stem cells is controlled. It has been suggested that the polarity of neural stem cells plays important roles for regulating the proliferation and differentiation of neural stem cells, however, the exact mechanisms are largely unknown. Particularly, how the defect on the polarity of neural stem cells leads to brain diseases remains elusive. By using co-immunoprecipitation and mass spectrometric analysis，for the first time, we discovered that ccdc85c, a hydrocephalus-related-protein, interacts with the polarity protein Par3. Our preliminary data shows that ccdc85c is crucial for the maintenance of neural stem cells during middle brain development stage. We propose to investigate the roles on the early neural stem cells by generating conditional knockout mice and the detail mechanisms by using a polarity cell line. This project will provide significant insights into how the polarity regulates the balance between proliferation and differentiation of neural stem cells during brain development, which is important for understanding neural stem cell related brain diseases.

哺乳动物大脑发育过程中，千万或上亿个神经元由数量相对较少的神经干细胞分化而成。神经干细胞增殖与分化的失衡会导致皮质发育异常，形成脑肿瘤、脑积水等疾病。因此，研究神经干细胞如何精确调控自我更新与分化具有重要意义。干细胞极性对神经干细胞的增殖与分化有重要调控作用，但其分子机制仍不清楚，尤其是极性缺陷对脑发育的影响还知之甚少。通过免疫共沉淀和质谱分析，我们首次发现脑积水相关蛋白ccdc85c与极性蛋白Par3相互作用。前期工作已经证实ccdc85c对脑发育中期神经干细胞的增殖与分化有重要调控作用。本项目将进一步结合条件性敲除小鼠和极性细胞系，阐述ccdc85c对早期神经干细胞增殖与分化的调控作用及分子机制。通过以ccdc85c为切入点，本项目将为干细胞极性调控脑发育的研究提供理论指导，为预防和治疗脑发育相关疾病提供依据。

哺乳动物大脑中所有的神经元都是由数量较少的神经干细胞分化而来。神经干细胞增殖与分化的失衡会导致脑肿瘤、脑积水等疾病。细胞极性是神经干细胞的重要特征之一，它对于神经干细胞干性的维持具有很重要的作用。目前人们对于极性调控的内在机制还不是很清楚。Ccdc85c蛋白是表达并分布在神经干细胞脑室顶端的一种极性蛋白。有报道称ccdc85c基因的缺失会导致出血性脑水肿等疾病，这提示神经干细胞的极性蛋白对于脑功能的正常行使具有很重要的作用。本项目主要以ccdc85c为切入点，深入解析该极性蛋白对神经干细胞的干性调控及相关分子机制。通过胚胎脑内电转实验，我们选择性敲减或敲除大脑皮质神经干细胞内的ccdc85c的表达，发现这会导致生发层的神经干细胞减少，皮质层分化的神经元增多。免疫共沉淀实验显示ccdc85c蛋白与其它蛋白存在相互作用，但是过表达这些极性蛋白（如Par3）或粘附分子蛋白（如E-cadherin，N-cadherin）并不能挽救或抵消ccdc85c蛋白敲减所造成的影响。这提示ccdc85c蛋白不是通过调控这些蛋白的表达量来发挥作用的。通过与生化研究组的合作，我们已经掌握ccdc85c蛋白与Par3蛋白相互作用的具体结构域。点突变实验证实，这个结构域对于ccdc85c蛋白发挥调控神经干细胞干性的作用很重要。生化数据显示，ccdc85c蛋白与Par3蛋白结合后会影响Par3蛋白发生构象改变，继而影响其下游蛋白的募集。结合之前的研究报道，即Par3通过调控Notch信号通路来维持神经干细胞的干性，我们的过表达实验证实Notch信号的增强能够抵消甚至逆转ccdc85c敲减所造成的影响。与之不同的是，Numb或Numb-like蛋白并没有参与到ccdc85c的调节通路中，这提示ccdc85c与Par3的结合可能引发其它的蛋白效应，继而影响Notch信号通路。我们的研究结果阐明了极性蛋白ccdc85c调控神经干细胞干性的作用及其潜在的分子机制，这为人们进一步了解神经干细胞的极性作用，以及脑水肿等疾病发病机理的研究提供一定的理论支撑。