转录因子COUP-TFI/II对大脑皮质和嗅球中间神经元发生发育的调控作用及细胞和分子机制

The balance between excitation and inhabitation is crucial for cortical function. The diversity of cortical interneurons derived from concise and complex regulation by genes and transcription factors during embryonic development. Interneurons in the olfactory bulb are generated by progenitors in lateral ganglionic eminence and stem cells located in the postnatal SVZ. The fate of olfactory bulb interneurons are determined by the internal properties of the progenitors. Transcription factor Coup TF I and Coup TF II are involved in regulation of neural development. However, the regulation and mechanism of Coup TF I and Coup TF II in the regulation of interneurons development remains totally unknown. In the present project, the regulation of Coup TF I and Coup TF II in cortical and olfactory interneuron development were investigated by means of immunostaining, cell and molecular biology methods, behavior neuroscience, confocal scanning and Time-lapse video recording. It will provide experimental data for employing stem cells derived from human to ameliorate neurological disorders associated with cortical and olfactory bulb interneuron dysfunction.

兴奋性和抑制性的动态平衡对大脑皮质发挥正常功能是至关重要的。大脑皮质中间神经元的多样性起源于胚胎发育时期各种基因和转录因子对神经干细胞精密和复杂的调控作用。嗅球内中间神经元产生于胚胎发育时期和成年后的脑室下层神经干细胞，它们的命运由神经干细胞或神经前体细胞的特性所决定。转录因子Coup TF I 和Coup TF II调控神经系统的发生发育，但它们在中间神经元发生发育中的作用及调控机制却没有相关的研究。本课题将利用条件性基因敲除技术，结合免疫组织化学、细胞和分子生物学以及动物行为学等方法，使用激光共聚焦和活细胞成像手段，研究转录因子CoupTFⅠ和CoupTFⅡ对大脑皮质和嗅球内中间神经元发生发育的调控作用，及可能的细胞和分子机制。这一研究将为利用和改变自体神经干细胞治疗神经系统疾病(如精神分裂症、自闭症、智力低下、儿童多动症、帕金森疾病、阿尔海默兹并和脑损伤等）提供实验依据。

成年哺乳动物脑室下层终生存在神经干细胞，由神经干细胞所产生的快速分裂的神经前体细胞再继续产生新生神经元，这些新生神经元沿着吻侧迁移流长距离迁移到嗅球。本项目中，我们系统地研究了孤核受体转录因子COUP-TFI 和 COUP-TFII 在嗅球中间神经元发生发育中的作用和调控机制。本课题的研究结果表明，转录因子COUP-TFI 在吻侧脑室下层的神经干细胞/前体细胞内表达量较低，而尾侧部则表达量逐渐增加；COUP-TFI 主要在脑室下层和吻侧迁移流中的新生神经元内表达，到达嗅球后主要分布于嗅球内成熟的中间神经元内。与COUP-TFI 表达模式形成鲜明对比的是脑室下层-吻侧迁移流-嗅球这一系统内几乎不能检测到COUP-TFII的表达。条件行敲除COUP-TFI 后，嗅球球周层中表达酪氨酸羟化酶（TH）的中间神经元数量显著降低，同时伴随脑室下层-吻侧迁移流-嗅球内转录因子COUP-TFII表达的上调。条件性同时敲除COUP-TFI/COUP-TFII 后，通过上调Ascl1基因的表达促进脑室下层神经干细胞的增殖。更有意义的是，同时敲除COUP-TFI/COUP-TFII后，新生神经元从脑室下层向吻侧迁移流迁移的能力受损，导致表达Calretinin的成熟神经元异位堆积在脑室下层，同时伴随脑室下层内凋亡细胞数量的增加。我们还发现，嗅球中颗粒细胞层内表达转录因子Pax6的中间神经元的数量降低。本课题现有进展表明，转录因子COUP-TFI/COUP-TFII共同合作，调控嗅球内表达Pax的中间神经元的增殖、迁移和存活。