中介体复合物在神经发育中的功能作用研究

Mediator complex functions as a central hub that integrates various signaling, transcription factors, and RNA polymerase II（Pol II）machinery for gene expression control. The specificity in channeling various signaling allows Mediator complex to control diverse cell fate choices and biological processes. Our recent work found that Med23 is involved in diverse biological functions, including adipocyte and neural differentiation. Med23 knockout mice were previously shown to be embryonic lethal around E10.5 days. Their peripheral nervous system developed, but was severely disorganized. Additionally, a latest report in Science found that a missense mutation in Med23 cosegregates with nonsyndromic autosomal recessive intellectual disability within a family. These findings suggest that Med23 plays a vital role in neural development, and may represent a potential target for clinical intervention. Therefore, we set out to investigate the molecular mechanism of Med23 in regulating neural development by using the Med23-/- mouse ES cells and conditional knockout mouse with CNS-specific deletion of Med23. In addition, we attempt to improve the efficiency of neural trans-differentiation through genetic manipulation of Med23. Our long term goal is that our knowledge from these studies would be applied to the regenerative medicine for the diseases like neurodegenerative disorders and neural injury.

中介体复合物在基因表达中通过接收转录因子激活信号，进而招募基础转录机器，精细调控基因的表达，从而控制不同细胞类型的命运决定。我们近期发现MED23亚基通过与不同信号通路及不同转录因子的相互作用，参与多种细胞的生物学功能，如神经和脂肪分化。Med23敲除的小鼠在E10.5天死亡，其神经系统已开始发育但呈现严重的紊乱。另外，2011年《科学》上一篇论文发现Med23发生点突变与一个家族的神经系统遗传疾病有密切联系。这些证据提示Med23在神经系统的发育过程中可能起到重要的作用。因此，我们拟利用Med23-/-胚胎干细胞体外诱导神经分化系统以及神经系统特异性敲除Med23小鼠，研究其对神经分化与发育不同阶段的影响，阐明中介体复合物在神经系统发育过程中的作用机理。最终，我们拟通过对中介体亚基进行基因操作以提高神经细胞的转分化效率，以求在神经损伤、神经退行性等疾病的治疗应用。

中介体复合物（Mediator complex）是一类在进化上高度保守的多蛋白复合物，是介于转录因子与RNA聚合酶II之间信息传递的桥梁。不同亚基结合不同的转录因子参与转录过程，调控不同下游基因的表达，从而调控不同细胞类型的分化和命运决定。中介体复合物Med23亚基敲除的小鼠在E10.5天死亡，其神经系统已开始发育但呈现严重的紊乱。另外，《科学》上一篇论文发现Med23发生点突变与一个家族的神经系统遗传疾病有密切联系。基于这些证据我们对Med23在神经系统的发育过程功能作用展开研究。首先，我们对MED23在干细胞自我更新及分化中的功能进行了探索，发现Med23缺失的胚胎干细胞仍具有自我更新和全能性特征；自发分化实验发现Med23缺失导致胚胎干细胞向神经外胚层分化能力增强；神经定向分化实验(N2B27单层培养和无血清悬浮培养(SFEB))证实，Med23缺失促进胚胎干细胞向神经分化；中介体MED1，MED15亚基的缺失，均不影响胚胎干细胞的神经分化，但是MED15的缺失能抑制内胚层的分化与发育。其次，我们还发现MED23参与了复杂的神经发育过程。我们构建了神经干细胞特异性敲除Med23小鼠，发现该小鼠出生一天内致死，并且呈现出皮层变薄，侧脑室扩张，尾壳核减小，海马发育异常的表型。进一步研究发现，大脑皮层变薄是因为Tbr2+的Intermediate progenitor cells (IPCs) 增殖减少从而影响到神经元的大量扩增。有趣的是，神经干细胞特异性敲除Med23不但使几乎所有皮层layers的细胞数量减少，而且会特异的使位于layer V的大核长程投射神经元“消失”。研究发现，这些细胞可以出生正常，但是在分化成为成熟长程投射神经元时发生异常。调控机制研究发现，神经干细胞特异性敲除Med23可以重新编程神经发育的基因网络，从而导致这些严重的后果。因此，MED23是大脑皮层扩增上的重要调控因子，并且在神经干细胞向长程投射神经元的早期命运决定中起着非常重要的作用。我们的研究为理解胚胎干细胞及神经干细胞早期命运决定的分子机理提供了新见解，为神经系统相关疾病的细胞治疗提供了新的策略。基金执行期间，发表通讯作者论文12篇，标注课题5篇，授权专利1项。