同源异型域转录因子VAB-15对线虫神经前体细胞命运的调控

Nearly all neuroblasts gain neuropotency by differentiation from epithelial-like precursors. On the other hand, various neuroblasts can generate different neural types. The universaity and specificity are basis of development and homeostasis of neural systems. So investigating molecular mechanisms underlying neuroblast cell fate is important to understand neurogenesis. Studies of neurogenesis in C. elegans have identified several genes involved in neuropotency of neuroblasts. Most of these proneural genes major in controlling cell fates of sensory neuronal precursors, and most of them are bHLH transcription factors. However, molecular mechanisms of cell fate determination of other neuronal precursors remain elusive. Our preliminary investigation discovered that VAB-15, a highly conserved HD transcription factor, was expressed in multiple embryonic neuroblasts and controlled their neuropotentcy. Combining imaging analysis at the resolution of single cell, tissue-specific gene expression profiling and genetic assays, this project aims to investigate the role of VAB-15 in cell fate determination of neuroblasts, identify and investigate its downstream target genes and upstream regulators. Especially, this project will reveal and compare gene regulation circuits in precursors of sensory neurons and those in motor ones to address universality and specificity of neuropotency.

神经前体细胞具有从上皮类前体细胞分化而获得神经潜能的普遍性,而不同神经前体细胞可以有生成不同神经类型的特异性，这是神经系统发育和维持的基础。因此研究神经前体细胞命运决定的分子机制对认识神经系统的形成有重要意义。线虫神经发育生物学研究已经鉴定出若干控制神经前体细胞获得神经潜能的原神经基因。这些原神经基因主要控制感觉神经前体细胞的命运决定，且多为bHLH家族转录因子。然而其它神经前体细胞的命运决定机制还尚待研究。我们的前期工作发现高度保守的同源异型结构域转录因子VAB-15在胚胎后期特异表达在不同类型的神经前体细胞中，并影响其神经潜能。本课题将结合单细胞精度影像分析、组织特异转录组技术和遗传分析方法，揭示VAB-15在神经前体细胞命运决定中的作用，鉴定并研究其调控回路。本课题着重揭示和比较VAB-15在感觉神经前体细胞和运动神经前体细胞中的调控回路，探讨调控神经潜能的分子机制的普遍性和特异性。

线虫的P，Q 和V5是幼虫的神经前体细胞，都能分化发育出神经后代。本课题旨在通过研究转录因子VAB-15在这些神经前体细胞发育过程中的功能，探索神经前体细胞的分子调控机制。.我们对通过报告基因的筛选，结合由CHIP-seq数据得到的被VAB-15结合的基因组位点，找到了tlp-1, lin-32, ref-2, ztf-6, hlh-3和pax-3等在P，Q， V5神经前体细胞富集表达的基因。通过遗传实验发现，tlp-1, lin-32, ref-2和pax-3均对神经前体细胞的分化发育有影响，其中tlp-1与vab-15协同作用。对这些影响神经前体细胞发育过程的基因进行总结分析，发现vab-15, ref-2, pax-3的同源基因在高等动物如脊椎动物中高度保守，并且对神经板边缘的细胞发育有重要的决定意义。.神经板边缘是动物胚胎外周神经发育的重要起源，后续会发育成神经冠，神经冠细胞具有多潜能，可长距离迁移，最终发育成颌面，黑色素细胞，外周神经细胞，胶质细胞等，是脊椎动物外周神经系统的重要来源。研究认为神经板边缘的特化区域由几个转录因子的共表达来限定，包括Msx/vab-15, Zic/ref-2, pax3/7/pax-3等。为了探索神经板边缘的分子调控模式在非脊椎动物中的保守性，我们在果蝇及海鞘中分别进行了实验。在果蝇中发现Msx/vab-15对由神经板边缘发育出来的外周神经细胞chordotonal neuron具有调控作用；海鞘中Msx/vab-15敲低后会导致一种来自神经板边缘可迁移的外周神经细胞的迁移障碍和酸性离子通道的表达受阻。我们的工作支持了神经板边缘的保守调控模块的存在假说。这一工作发表在2017年7月《PNAS》杂志。.以此为基础，我们鉴定和比较了VAB-15对神经前体细胞Q/V5细胞和P细胞发育调控的下游分子。实验表明，lin-32和ect-2是VAB-15在外周神经前体Q细胞的下游基因，但不在中枢神经前体P细胞中表达。有意思的是，lin-32在果蝇和脊索动物中都是机械感觉神经元分化的总调控因子，而最近的研究表明ect-2在小鼠神经冠的发育中起关键作用。总之，我们的研究鉴定出一个保守的以Msx为中心的神经板边缘特化模块。这个特化模块通过激活一套保守基因的表达区分外周神经前体和中枢神经前体的命运。