PDK1在皮质细胞核动态迁移以及神经发生中的功能研究

The phenomenon of Interkinetic Nuclear Migration (INM) in proliferating neural progenitors is peculiar to the development of vertebrate cerebral cortex. INM functions not only to maximize the output of neural progenitor pool, but also to maintain the balance between self-renew and differentiation. Defects in INM have great impact on the cortical development. However, the detailed mechanism of INM remains to be explored. Our previous works have indicated that 3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1（PDK1）is involved in INM. Conditional ablation of PDK1 at early stage of embryonic development results in hyperactivity and obviously increased anxiety-related behaviors, moreover the reduced PPI. Apical Progenitors of PDK1 CKO mice exhibit abnormal INM. We have also observed a remarkably thinner cortical plate, which indicate seriously impaired cortical neurogenesis. Based on these results, the president study aims to reveal the possible role of PDK1 in INM and identify the mechanism to maintain the balance between self-renew and differentiation of neural progenitors by histology, molecular biology and animal behavior test.

神经前体细胞的细胞核动态迁移（INM）是脊椎动物大脑皮层神经发生过程中所特有的现象。在神经发生过程中不仅可最大化前体细胞库的产出，同时也维持着前体细胞自我更新和分化的平衡。INM的异常严重影响大脑皮质的发育，但是对INM的调控有待于深入研究。我们前期工作发现三磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1（PDK1）参与调控INM。胚胎发育早期在皮质前体细胞中条件性敲除PDK1后，成年小鼠运动活力有一定程度增高，焦虑程度显著降低，在前脉冲抑制试验中对于单强音的反映减弱。初步解析发现发育早期神经前体细胞INM出现异常，皮质板变薄，提示皮层神经发生出现缺陷。本项目将在此基础上利用形态学、分子生物学、行为学等手段揭示PDK1对INM的影响以及在维持神经前体细胞自我更新和分化的平衡中的功能和作用机制，明确PDK1在皮层神经发生以及脑高级功能的作用。

哺乳动物大脑皮层是一类包含有丰富神经元数目的高度复杂整合的板层状结构，其中，神经前体细胞在增殖与分化间的命运选择精准调控着主要六层板层结构的形成。定位于皮层最apical区域的前体细胞apical progenitor（AP）最早产生，随着神经发生的进程从神经上皮细胞（NEC）转变为放射状胶质细胞（aRGC），其通过不对称分裂来实现自我增值和分化为子代细胞间的平衡，其中包括主要定位于深层的神经元以及basal progenitor（BP），并通过BP来间接产生的定位于浅层的神经元，从而实现深层、浅层神经元数目产出的平衡和调节。在此过程中，AP向BP的转换进程的调控对于最终产生恰当神经元数目以及种类的平衡至关重要。前人研究发现，细胞周期G1期的长度以及AP不对称分裂过程中纺锤体的朝向对于AP的命运决定有重要的意义。PDK1是一类丝氨酸、苏氨酸激酶，其调控一大类AGC激酶的活性，并从而影响细胞的存活、生长、增殖、分化和迁移等一系列生物学进程。在小鼠神经发育早期敲除PDK1导致神经元产出总数增加，具体表现在深层神经元数目增多，浅层神经元神经发生进程迟缓，从而导致两者比例的失衡。进一步研究发现，前体细胞AP的增殖在神经发生中后期增加，并且是由于其命运选择发生了偏转，从而减少了向BP的转化。对于造成该表型的机制研究发现，细胞周期G1期的进程在神经发生中后期明显缩短，并且AP的不对称分裂进程，主要表现在其纺锤体的朝向在PDK1敲除后发生了异常，从而导致其增殖、分化的平衡出现了问题。探究PDK1在神经发生过程中的作用，有利于我们理解一类导致神经元数目产出异常以及比例失调的神经精神疾病的发病机理和治疗方向。