星形胶质细胞LRP4通过调控TSP1表达影响海马神经元树突棘形成作用机制

LRP4 is crucial for formation1 of the neuromuscular junction (NMJ). However, little is known about its expression and roles in the central nervous system (CNS). Intriguingly, in our preliminary experiments, we found that LPR4 is expressed highly and exclusively to astrocytes in the CNS. Moreover, in the hippocampus of GFAP-Cre mediated conditional LRP4 knockout (GFAP-Cre; LRP4f/f) mice, the levels of TSP1, a positive regulator of spine formation secreted by the astrocytes, and the dendritic spine density of pyramidal neurons are significantly decreased. We therefore hypothesized that LRP4 modulates the dendritic spine formation of pyramidal neurons through regulation of TSP1 expression in the astrocytes. In our study, we will observe whether the interaction between LPR4 and its ligand is involved in its regulation of TSP1 expression by overexpressing the wild type or ligand-binding domain deletion mutant of LRP4 in the primary astrocytes of GFAP-Cre;LRP4f/f mice. Furthermore, we will investigate whether the regulation of TSP1 expression by LPR4 plays a role in the dendritic spine development by using astrocytes and neurons co-culture system. Finally, we will verify the mechanism underlying the regulation of dendritic spine development by LRP4 in the GFAP-Cre;LRP4f/f mice. This study will disclose a novel function of LRP4 in the CNS, and will also be helpful for understanding of some neurological diseases with abnormal synapses.

LRP4是神经肌肉接头（NMJ）形成中发挥重要作用的穿膜蛋白，但其在中枢神经系统的表达和功能尚不明确。我们预实验发现，LRP4在星形胶质细胞特异性高表达；在GFAP-Cre介导的条件性LRP4基因敲除小鼠中，与神经元树突棘发育相关的星形胶质细胞分泌因子TSP1表达显著减少，同时海马区锥体神经元树突棘密度显著降低。我们推测，LRP4通过TSP1调节锥体神经元树突棘发育。为此，本项目将在原代缺失LPR4星形胶质细胞中，通过过表达LRP4全长或配体结合结构域缺失突变体观察对TSP1表达的改变，从而探索LRP4与配体结合是否调节TSP1的表达。进一步在星形胶质细胞与海马神经元共培养模型中，研究LRP4对TSP1的调节是否影响树突棘的发育。最后在突变小鼠体内验证体外结果。本研究揭示中枢神经系统LRP4调节树突棘形成的新的分子机制，为治疗突触异常的神经系统疾病提供理论基础。

LRP4是神经肌肉接头（NMJ）中的重要功能分子，但其在中枢神经系统的表达和功能尚不明确。本研究首先利用Lrp4报告小鼠（Lrp4-LacZ小鼠）对Lrp4在小鼠不同脑区的表达谱进行了研究；然后利用多个品系的Lrp4突变小鼠（包括全脑敲除品系，特定细胞群敲除品系，Lrp4特定结构域敲除品系等），对Lrp4在嗅觉通路中的功能进行了系统研究，Lrp4不仅影响树突棘发育，而且缺失Lrp4影响小鼠的嗅觉行为；影响树突棘发育的Lrp4胞外段还影响树突分支，研究发现Lrp4胞外段的LDLa结构域影响树突分支，并在小鼠的发育中具有重要功能，但其作用机制还有待进一步的研究；全细胞记录发现敲除Lrp4的小鼠海马齿状回颗粒细胞的自发性抑制突触后电流sIPSC频率与幅度下降，紧张性抑制电流减弱，对应的齿状回中GABAα5亚基表达出现下降，提示Lrp4可能在哺乳动物中枢系统的神经元中存在表达，并在抑制性递质传递中发挥作用。该项目的系列研究为揭示Lrp4在中枢系统的功能提供了多方面的实验证据，并为部分相关神经系统疾病治疗提供理论基础。..在进行Lrp4研究的同时，我们还进行了精神分裂症易感基因Tmem108在中枢系统的功能研究，Tmem108不仅参与成年神经元发生，而且在少突胶质细胞髓鞘化生理过程中具有重要作用；该研究为揭示Tmem108在中枢系统的重要功能提供了新的研究思路。