少突胶质细胞特异蛋白Tmem10在轴突维持中的作用

Oligodendrocytes in the CNS form a close physical association with neuronal axons and provide essential “trophic” support to maintain axon integrity. The molecular basis of this trophic support by oligodendrocytes remains incompletely understood. We have found that the oligodendrocyte-specific gene Tmem10 plays a role in the support of axon integrity. Genetic disruption of Tmem10 causes axon degeneration in the brain. This proposal further examines the progression of axonopathies (degeneration, inflammation, demyelination) in the brain and spinal cord of Tmem10 ko mouse. Our preliminary study also indicates that Tmem10 protein binds another myelin protein MAG, suggesting that the protective function of Tmem10 may involve MAG. MAG plays a role in the formation of axon-myelin contacts and protects axons. Therefore, we will use electron microscopy to determine if the axon-myelin contacts are disrupted by Tmem10 knockout. In the meantime, we will analyze the axonopathies in Tmem10 and MAG double ko mouse to determine the collaborative role of Tmem10 and MAG in the support of axon integrity. This study validates the protective role of Tmem10 to axons and provides new insight to the molecular basis of the trophic support by oligodendrocytes to maintain long-term axon integrity.

中枢神经系统的少突胶质细胞与神经元轴突形成一个紧密的物理连接并提供必要的营养支持以维持轴突的完整性。这种营养支持的分子机制并不清楚。我们发现少突胶质细胞特异基因Tmem10在轴突完整性维持中具有重要作用。遗传敲除Tmem10引起脑中的轴突退变。本项目将研究Tmem10敲除小鼠脑和脊髓中轴突病变的进程（退变、炎症和退髓鞘）。我们前期研究显示Tmem10蛋白与另一个髓鞘蛋白MAG相互作用，提示Tmem10对轴突的保护功能可能与MAG有关。MAG在轴突和髓鞘连接形成中有作用，且能保护轴突。因此，我们将利用电镜检测是否轴突髓鞘的连接在Tmem10敲除小鼠中被破坏。同时，我们将分析Tmem10和MAG双敲除小鼠中的轴突病变以确定Tmem10和MAG是否在维持轴突完整性中具有协同作用。该研究将明确Tmem10对轴突的保护作用，且为少突胶质细胞对轴突营养支持而维持轴突长期完整性的分子机制提供新的线索。

轴突完整性对于神经系统发挥正常功能是必需的。轴突损伤是多种神经退行性疾病如阿尔茨海默病(AD)、肌萎缩侧索硬化(ALS)和帕金森病(PD)等的早期突出病理表现。少突胶质细胞形成髓鞘包裹轴突，不仅能够保护轴突保障正常电传导还能为轴突提供必要的营养代谢支持以维持轴突完整性。少突胶质细胞功能异常可能会导致轴突退变。但到目前为止，少突胶质细胞通过什么分子机制维持神经元轴突完整性尚不十分清楚。..Tmem10（也被称作 Opalin）定位于少突胶质细胞以及髓鞘与轴突连接的帕拉环区域。根据Tmem10在成熟少突胶质细胞晚期表达和其亚细胞定位，我们推测Tmem10 可能在少突胶质细胞和髓鞘形成以及轴突维持中发挥重要作用。为了明确其生物学功能，我们构建了Tmem10敲除小鼠，电镜发现4月龄Tmem10敲除小鼠视神经出现轴突退变。同时我们发现8月龄Tmem10敲除小鼠视神经中另一种在成熟少突胶质细胞表达的髓鞘相关糖蛋白MAG表达量明显增加。已有研究表明MAG对维持髓鞘和轴突的完整性起重要作用，MAG敲除小鼠也存在轴突退变，这与Tmem10敲除小鼠表型非常相似。同时鉴于MAG与Tmem10表达时间相近，且均在帕拉环有定位。因此我们推测Tmem10与MAG可能协同作用维持轴突完整性。于是我们构建了Tmem10和MAG双敲小鼠，以此为基础开展体内外研究以明确Tmem10是否能够与MAG协同维持髓鞘和轴突完整性。..到目前为止，我们已明确Tmem10敲除对髓鞘和少突胶质细胞发育无明显影响，但Tmem10缺失会引起轴突退变和星型胶质细胞活化，Tmem10与MAG具有相互作用，Tmem10/MAG双敲小鼠轴突退变提前并出现脱髓鞘，提示两者在轴突维持中起协同作用。但Tmem10与MAG对轴突调控机制不同，可能是通过非RhoA/ROCK的其他通路对轴突起调控作用。通过本研究将有可能揭示一个新的轴突退变调控分子机制，并在此基础上开发新的药物靶点，为轴突退变相关神经精神疾病防治提供新的思路。