成体视网膜干细胞的胚胎发育机制研究

Adult neural stem cells, by providing the cellular basis for neural regeneration and repair, profoundly implicated in the homeostasis and in the functionality of brain tissues, and thereby holding the great hope of its impact on basic research, as well as on clinical perspective. In recent years, while the rapid progress has been achieved in the proliferation and directed neural differentiation of neural stem cells and induced pluoripotent cells, the embryonic origin of adult neural stem cell population is yet far from understood. Here, we attempt to develop a collection of in-vivo tools and investigate the mechanism by which retinal epithelial cells transform into retinal stem cells during the embryonic development in zebrafish. This line of the study will gain the novel mechanistic insights of cell origin of adult neural stem cells, as well as the development of their niches.

成体神经干细胞参与神经组织稳态和系统功能，并且是神经组织再生和功能修复的细胞基础，具有极其诱人的基础研究和医学应用前景。近年来，对神经干细胞以及诱导性多能干细胞的增殖行为和定向分化研究已获得了极大进展。但是，到目前为止，关于在胚胎发育中神经成体干细胞是如何形成这个重要基础性问题还知之甚少。在此项研究中，申请人将以斑马鱼成体视网膜干细胞为研究对象，开发一系列创新的原位研究手段，探索原位视网膜上皮细胞发育成为成体视网膜干细胞的分子细胞机制。该研究将为理解神经上皮细胞与神经干细胞转化，以及神经干细胞微环境的发育提供新的机制。

低等脊椎动物的中枢神经系统具有非凡的成体再生能力。哺乳动物很大程度上丧失这种成体神经再生能力，导致成体神经系统失去应对损伤内在修复再生能力。理解低等脊椎动物成体神经再生的分子细胞机制将为人成体神经系统原位修复和再生提供新方案。多能性成体神经干细胞是成体神经细胞再生的细胞基础。而此类神经干细胞的胚胎发育机制目前不清楚，正是该项目致力解决的关键科学问题。在项目中，我们利用斑马鱼视网膜为研究对象，在细胞和分子两个水平上研究成体视网膜干细胞胚胎发育机制。在细胞水平上，基于彩虹鱼遗传镶嵌标记和细胞谱系追踪技术，1. 表征了睫状边缘区视网膜干细胞及其微环境的细胞类型；2. 发现了视网膜干细胞起源于一类双潜能前体细胞；3. 构建了双潜能细胞产生视网膜干细胞的完整发育细胞谱系。相关研究成果已经发表于国际著名学术期刊Journal of Cell Biology (TANG et al. 2017) 和Development (Wan et al 2016). 在分子水平上，我们采用单细胞测序成功表征了视网膜干细胞特异表达基因和视网膜干细胞发育过程中显著性变化的基因；基因敲除实验表明这些基因参与视网膜干细胞发育和维持；并且构建相关的转基因鱼系，为深入探究视网膜干细胞胚胎发生的分子网络提供实验基础。相关的数据已经在投稿中。