精神发育迟滞候选基因MEGAP/srGAP3调控树突发育的双模态机制研究

候选精神发育迟滞（MR）关联基因MEGAP（也称WRP或srGAP3）在树突发育中的功能和分子机制缺乏足够的认识。我们实验室新发现，在神经发育过程中，srGAP3分子可以通过失活Rac1信号调控神经元分化； srGAP3的蛋白表达水平变化呈树突发育依赖的模式，且有神经元活性依赖的胞浆-胞核转位；细胞核的srGAP3可以与染色质重塑因子Brg1分子互作。在此基础上，本研究拟通过体内和体外研究,结合基因修饰小鼠、原代神经元细胞培养和多种分子生物学、细胞生物学研究技术和干预手段系统研究、阐述MEGAP/srGAP3调控神经元活性依赖的树突形态发生中srGAP3-Rac1和srGAP3-Brg1双模态作用机制。MEGAP/ srGAP3调控树突形态的功能和作用机理的揭示，不仅加深我们认识MR病理发生的分子机制,而且有助于我们进一步理解srGAPs家族成员在神经发育和神经环路形成中的重要作用和机理。

srGAPs（Slit-Robo Rho GTPase activating proteins）是作为Robo1受体的胞内信号转导分子被饶毅实验室克隆的。近年来的研究显示srGAPs分子在神经元发育的不同阶段, 包括神经元分化、轴突导向、神经元迁移、突起生长、树突形态发生以及突触可塑性等发挥着重要的功能。其家族成员 srGAP3作为一个候选的精神发育迟滞疾病的关联基因受到关注。在神经发育过程中，srGAP3蛋白发生核浆转位。srGAP3蛋白作为一个Rho GAP蛋白可以失活Rac1，而细胞核定位的srGAP3功能缺少了解。基于实验室的研究结果，我们提出“srGAP3分子调控树突发育的双模态机制”的科学问题。.本研究项目借助于慢病毒介导的shRNA干扰技术、神经细胞培养技术、GST pull down 、免疫荧光、免疫共沉淀、Western blot等技术手段，利用VPA诱导的Neuro2a神经元分化模型、原代培养的大鼠神经干细胞以及神经元树突发育模型，我们揭示了神经元分化发育早期，srGAP3蛋白主要是细胞膜定位，其可以作为Rac1的RhoGAP分子来阴性调控神经元的分化、神经元突起生长、树突的生长、树突树状分枝和树突棘的形成等; 在神经元发育后期，srGAP3蛋白与染色质重塑复合物的核心成员Brg1分子共定位细胞核。免疫共沉淀证明，srGAP3与Brg1有相互作用。结构和功能mapping实验揭示, srGAP3分子的C-terminal结合到Brg1的ATPase中心。报告基因分析证明srGAP3与Brg1的互作可以影响Brg1的染色质重塑活性，从而进一步影响Rac1信号和GAP-43蛋白表达。因此，我们的研究证明了细胞膜和细胞核定位的srGAP3蛋白在神经元树突发育和神经元分化中的双模态的调控作用机制。.本资助项目共发表原创SCI论文10篇。细胞核srGAP3的定位、功能和信号是我们原创成果，获得超过150次的引用。我们预研究进一步显示srGAP3可以与SUV39H1，LSD1和PRMT6等表观遗传因子相互作用。提示，细胞核srGAP3除影响染色质重塑活性外，还与Histone 甲基化等表观遗传功能相联系。srGAP3基因剔除小鼠表现出精神分裂症表型，而表观遗传调控是其重要的机制。因此，未来我们将探讨细胞核srGAP3介导表观遗传机制在精神分裂症中的作用。