Semaphorin3A介导的神经干细胞分裂模式在阿尔兹海默病神经再生中作用的研究

There is a serious defect in adult neurogenesis of Alzheimer’s disease (AD) individuals. However, the regulatory mechanism is still unclear. Semaphorin3A, an axon guidance factor, is significantly over-expressed in pathologies of AD. We previously found that Sema3A inhibited the proliferation of adult neural stem cells and which further resulted in the decrease of adult neurogenesis, but the specific mechanism is unkown. Research reports that Sema3A has critical roles in mitotic spindle positioning, and the downstream molecule of Sema3A signal pathway-GSK3β has close relationship with structural integrity of centrosome. These suggest that Sema3A probably function as a regulator in AD adult neurogenesis by affecting the symmetry of adult neural stem cells (aNSCs) division skeleton. Here, we will explore the upstream regulatory mechanism in aNSC division process modulated by Sema3A and the interactive molecules during this process, as well as the effects of aNSCs’ division type on AD adult neurogenesis induced by Sema3A. The findings from these studies will unravel the molecular mechanism of defect in AD adult neurogenesis and these will be helpful to explore the early biomarkers for evaluating the progress of AD.

阿尔兹海默病(AD)患者存在严重的成年神经再生障碍，调控机理尚不清楚。轴突导向因子Semaphorin3A(Sema3A)在AD病理区的表达显著上调，我们前期的研究初步发现，Sema3A能够抑制成年神经干细胞(aNSCs)的增殖，进而降低神经再生功能，但分子机制不明。有报道Sema3A具有调控细胞有丝分裂纺锤体的定位功能，且Sema3A下游分子GSK3β与中心粒结构有关，推测Sema3A很可能通过影响aNSCs分裂骨架的对称性，调控AD神经再生。本项目在利用光转换荧光蛋白和胚胎电转对aNSC进行特异性标记的基础上，探索(1)Sema3A在调控aNSC分裂过程中的上游调控机理；(2)Sema3A调控aNSC分裂过程中的介导分子；(3) Sema3A引起的aNSCs分裂模式的变化对AD神经再生的影响。通过以上内容的研究，揭示AD成年神经再生障碍的分子机理，以期为AD的早期诊断提供标志物。

阿尔兹海默病（AD）是一种致死性神经退行性疾病，其典型的症状表现为记忆力和认知能力的减退和中枢神经病理性改变。研究发现认知功能与神经发生有密切关系，然而，阿尔兹海默病中神经发生的调控机理尚不清楚。利用免疫荧光双标和免疫化学双标方法对AD转基因小鼠海马区Semaphorin3A(Sema3A)的表达进行检测，发现Sema3A的表达在AD中明显上调，并且Sema3A分布在Aβ沉积病理区。我们前期的研究发现，Sema3A参与神经干细胞的增殖过程，具有抑制神经干细胞增殖的功能。利用含有红色tdTomato荧光蛋白的条件性敲除转基因小鼠对AD中神经干细胞种系分化过程进行追踪，发现随着年龄的增加，总体新生神经细胞呈不断下降趋势，但较之对照组，AD小鼠新生神经细胞呈现先增加后下降的现象，并且新生神经细胞的增加与神经前体细胞增加有关。海马干细胞免疫染色及体外海马神经干细胞培养结果显示，Sema3A在神经干细胞和神经前体中表达，并且Sema3A的高表达可引起神经球的增殖明显下降。蛋白免疫印记和RNAi实验结果显示，Sema3A对神经干细胞增殖的调控是通过Rac1-Akt-GSK3β-Ninein信号通路进行的，其中G-LISA检测显示，Sema3A上调后，能够抑制Rac1的活性，进而抑制Akt的磷酸化，从而GSK3β第9位Serine氨基酸残基脱离被Akt磷酸化而处于活化状态，活化的GSK3β引起微管加帽蛋白Ninein的磷酸化。细胞分裂骨架蛋白染色显示，磷酸化的Ninein的神经干细胞进行非对称分裂。Pull-down和荧光蛋白作为分子标签的梯度洗脱实验结果，揭示sNCAMN能与L1CAM结合竞争性地阻断Sema3A受体NRP1与L1CAM的结合，而过量的Sema3A可以解除sNCAM对Sema3A信号受体结合的抑制作用。以上依次从semaphorin3A受体结合启动胞内信号、胞内细胞骨架介导的细胞分裂下游分子间的关系以及非对称性分类对海马神经干细胞库的维持三个方面揭示AD小鼠中semaphorin3A通过细胞分裂骨架分子的介导，导致神经干细胞进行非对称性分裂，从而使干细胞库不断减少。这些内容的研究为AD的治疗及早期诊断分别提供了理论基础和标志物。