髓鞘片段方向性生长的机制研究

Axon-wrapping myelin sheath is essential for proper functioning of the nervous system. Myelin is formed from membranous sheets that are elaborated by oligodendrocytes (OLs) in the central nervous system (CNS). Although much is known about the development and function of OL and its progenitor cell in vitro and in vivo, how CNS myelin is dynamically formed through OL processes is still unclear. To examine the process of CNS myelination in vivo, we performed long-term time-lapse confocal imaging of the same OLs in the spinal cord of intact zebrafish larvae with intervals of 2 – 12 hr. we find that in the ventral spinal cord, myelin sheath segments extend directionally to the anterior side of the zebrafish larva. In this proposal, by combining multiple in-vivo approaches in zebrafish, including confocal time-lapse imaging, whole-cell recording, electron microscopy, and transgenesis, the applicant is going to systematically examine the molecular and cellular mechanisms underlying the directional growth of myelin segments, especially for the Wnt signaling pathway. Through this proposed study, we will provide new insights for the mechanism of myelin development and remyelination.

神经系统的髓鞘化对于神经功能的正常发挥起着至关重要的作用。目前对髓鞘的结构和功能已有所了解，然而对其发育的动态过程及机制还所知甚少。为了研究中枢神经系统髓鞘发育的过程，申请人以斑马鱼为模型，结合遗传、分子和活体成像等方法，对形成中枢髓鞘的少突胶质细胞的形态变化和髓鞘形成进行长时间观察;并初步发现在发育过程中，腹侧脊髓中髓鞘的生长存在方向性,即髓鞘只向动物头端生长。申请人拟进一步对该现象进行分子机制和生理功能的研究，特别是Wnt信号通路在其中的重要作用，包括Wnt配体的鉴定和分布、所涉及的Wnt受体表达的位置和细胞类型、以及Wnt下游信号分子等，并进一步探讨这种生长模式的生理意义。该项目将有助于我们认识髓鞘形成的机制，并可能为促进髓鞘再生与修复提供新思路。

神经系统的髓鞘化对于神经功能的正常发挥起着至关重要的作用。目前对髓鞘的结构和功能已有所了解，然而对其发育的动态过程及机制还所知甚少。为了研究中枢神经系统髓鞘发育的过程，我们以斑马鱼为模型，结合遗传、分子和活体成像等方法，对形成中枢髓鞘的少突胶质细胞的形态变化和髓鞘形成进行长时间观察。结果发现，在斑马鱼脊髓腹侧Mauthner细胞轴突髓鞘片段的生长存在方向性。同时，髓鞘膜结构流动的方向性与其生长的方向性相一致，且不是由于空间位阻所导致。Morpholino基因敲减结果显示，Wnt配体Wnt4b及Wnt信号关键分子beta-catenin基因敲减后能够影响髓鞘生长的方向性。进一步原位杂交结果显示在斑马鱼腹侧脊髓中存在Wnt4b的首尾轴浓度梯度。此外，在转基因斑马鱼Tg（Hsp70：DKK1b-GFP）髓鞘片段头侧局部热激过表达Wnt信号抑制分子DKK或者在Tg（Hsp70：Wnt4b-GFP）髓鞘片段尾侧局部热激过表达Wnt配体，也能够影响髓鞘生长方向性，说明Wnt4b首尾轴浓度梯度参与到髓鞘方向性生长过程之中。另外，我们将Wnt共受体抑制分子Lrp6dC特异性表达在少突胶质细胞中，进而构建转基因斑马鱼品系Tg（Sox10：mRFP-2A-LrpdC），结果显示，在少突胶质细胞特异性敲低Wnt信号能够影响包绕M-axon的髓鞘片段的生长方向性。为了进一步检测斑马鱼脊髓中包绕非M-axon的细小轴突的髓鞘片段的生长方向性，我们对包绕细小轴突的髓鞘片段进行共聚焦延时成像观察。结果显示，位于腹侧脊髓的细小髓鞘片段存在方向性生长偏好而背侧脊髓的细小髓鞘片段不存在生长方向性。这与Wnt4b在斑马鱼脊髓中背腹轴的表达相一致。并且在少突胶质细胞中阻断Wnt信号通路也可以影响腹侧细小轴突的方向性生长。进一步在Tg（Hsp70：Wnt4b-GFP）转基因品系中局部热激活过表达Wnt4b可以诱导背侧细小轴突的方向性生长。通过本项目研究，期望能够明确髓鞘方向性生长的特点及Wnt信号通路的调节作用,为深入揭示髓鞘的动态发育过程及机制提供新的理论依据。