自闭症高风险基因Chd8在神经发生中的时序性调控作用和机制研究

Brain overgrowth is a common sign of autism and might be attributable to excess neurogenesis. CHD8 is a high-confidence autism risk gene encoding a chromatin remodeling protein. Almost 80% of the patients carrying CHD8 mutations present with macrocephaly. We found that knocking down Chd8 in zebrafish caused macrocephaly and overproduction of neurons in local brain regions. Intriguingly, the beta-catenin signaling molecules showed sequentially ectopic expression in the corresponding brain regions. It has been shown that Chd8 could regulate the beta-catenin signaling in vitro. We hypothesize that Chd8 participates neurogenesis through sequentially regulating the beta-catenin signaling and the seemingly "controversial" role of Chd8 in neurogenesis by previous studies could be due to the different developmental stage during which the studies were performed. In the present proposal, we will test the hypothesis by systematically investigating the timing role of Chd8 in regulating the beta-catenin signaling and neurogenesis; studying the role of Chd8 in neuronal type differentiation and neural circuit establishment; exploring the role of Chd8 in zebrafish behaviors. Elucidating the role and mechanism of Chd8 in excess neurogenesis at molecular, cellular and circuit levels will be helpful for us to reveal the pathogenesis of autism. The study will provide research basis and potential targets for the treatment and diagnosis of autism.

脑部过度增生常见于自闭症，可能由过度神经发生所致。自闭症高风险基因CHD8编码染色质异构蛋白，其突变患者近80%伴随巨脑畸形。我们发现敲减Chd8导致斑马鱼脑部增大，局部脑区神经元过量增加，相应脑区中beta-catenin通路分子过量上升继而下降，有强时序性。已知Chd8体外调节beta-catenin，我们推测，Chd8可能通过时序性调控beta-catenin通路，而调节神经发生和环路构建；前人关于Chd8的作用和机制看似“相悖”，可能缘于研究时段不同。我们将检验这一假设，系统研究Chd8在调控beta-catenin通路和神经发生中的时序性作用；探究过度神经发生对神经元递质类型和环路连接发育的影响；探索Chd8在斑马鱼行为中的作用。明晰Chd8在神经发生中的作用及其分子、细胞和环路机制，将有助于阐明过度神经发生在自闭症发病中的作用和机制，为自闭症的诊断和治疗提供实验支持。

孤独症发病率高，给患者家庭和社会造成沉重负担，但目前尚缺乏治疗药物和手段，缘于对其发病机制知之甚少。染色质异构酶CHD8是近年来发现的孤独症高风险基因之一，在斑马鱼中敲低或敲除chd8导致巨头畸形，推测该基因可能调控神经发生，我们以此为模型研究了chd8突变体的行为学，神经前体增殖和神经元分化的分子和细胞机制，chd8在小脑发育中的作用等，发现了系列有趣现象，有重要科学意义。1）chd8突变导致社交障碍，但社交意愿增强，表明chd8在社交环路中的作用与人类高度保守。chd8纯合突变体能够存活，社交障碍显著、重现率高，较之小鼠杂合子有着天然优势，可作为研究chd8体内功能和机制的重要模型。2）chd8突变导致神经干细胞和前体细胞过度增殖，可能是chd8突变降低了对stat3的抑制，stat3促进部分notch信号通路分子表达，阐明这些分子细胞机制为孤独症的诊疗提供了潜在研究靶标。3）chd8突变既影响神经增殖，也影响神经元分化，破坏兴奋/抑制平衡，可能与行为学异常相关。4）chd8突变导致巨头畸形，但小脑变小，chd8不仅影响颗粒细胞的发育，还影响浦肯野细胞，导致其增殖分化减少，迁移分布格局异常，这表明chd8的作用和机制有脑区和细胞类型特异性。我们在小脑中的发现不同于最近报道的浦肯野细胞中特异敲除Chd8无异常，可能缘于所用cre在出生后表达，而我们发现chd8在胚胎期即调节浦肯野细胞的早期发育，这为多角度阐明孤独症的致病机制提供了实验依据。该项目支撑下培养毕业5名研究生，培养青年人才2名和本科生若干名，发表了5篇SCI收录论文，后续发表相关论文也将标注该基金。项目总体上按原计划实施，略有补充和调整，完成了既定研究目标，人员分工合理，经费使用合法合规。