哺乳动物下丘脑发育过程中神经前体细胞的研究

The hypothalamus governs wide-ranging physiological processes including growth and reproductive behaviors, energy and fluid balance, circadian rhythms and stress responses. Unlike layer structure of cerebral cortex, the hypothalamus is comprised of multiple functional nuclei containing distinct neuronal populations to regulate behavior. However, how embryonic hypothalamic progenitor cells play roles in neurogenesis is not clear. Here, we used DiI labeling, In utero electroporation, retroviral in utero infection, immunofluorescence and time-lapse imaging to research the cellular morphology and behavior of hypothalamic progenitor in mouse embyro. Further, at the molecular level, the development of the hypothalamus is regulated by various transcription factors (TF) expressed in specific regions. In order to find key genes essential for hypothalamic development and function, we isolate each of hypothalamic subregions for RNA sequencing by laser microdissection (LMD). Selected candidate genes in specific subregions were vertified by in situ hybridization and immunofluorescence. Our results will reveale the cellular and molecular characteristics of hypothalamic progenitor cells and how these cells contribute to hypothalamus nuclei formation in mammalian development.

下丘脑调控机体的多种生理活动，如生长和生殖行为，能量代谢，水平衡，生物钟，温度调节，胁迫响应等。不同于大脑皮层，下丘脑不具备明显的层状结构或紧密排列的组织形态，而是由多种细胞核团构成。目前对于下丘脑神经发生的机制一直没有系统深入的研究，尤其是关于神经干细胞/前体细胞的作用机制更鲜有报道。本项目主要利用小鼠胚胎组织，通过DiI染色，子宫内电转，逆转录病毒注射，免疫荧光染色和实时影像系统研究哺乳动物下丘脑神经前体细胞的形态及分裂过程。此外，下丘脑的发育依赖多种转录因子的调控。为了在分子水平研究下丘脑的发育过程，利用显微切割技术分离下丘脑不同亚区组织，进行RNA测序，筛选出组织特异性表达的候选基因。利用原位杂交及荧光免疫染色验证候选基因的表达。此项目的完成，将在细胞及分子水平揭示下丘脑神经前体细胞的形态及分子特征，为进一步探索哺乳动物下丘脑神经发生过程及核团结构形成的神经机制提供理论依据。

下丘脑参与个体生存的多方面生理及行为活动的调节，主要包括生长、生殖、能量代谢、水平衡、昼夜节律和应激反应等。下丘脑由结构复杂的功能核团构成，细胞类型具有高度异质性。然而，对于下丘脑神经前体细胞的细胞及分子特征仍需进一步研究。通过形态学标记，我们发现，在哺乳动物下丘脑发育过程中存在下丘脑放射状胶质细胞（hypothalamic radial glial, hRG）和下丘脑外套层放射状胶质细胞（hypothalamic mantle zone radial glial, hmRG），作为下丘脑神经前体细胞。利用实时成像及免疫染实验表明，hRG和hmRG在细胞分裂时分别历经动力核迁移过程（interkineticnuclear migration, INM）和细胞易位过程（mitotic somal translocation, MST），并产生子代前体细胞或神经元细胞。hmRG来源于hRG细胞的分裂，作为神经前体细胞可产生下丘脑神经元。利用谱系追踪手段，我们发现在下丘脑发育早期，神经发生始于hRG细胞，其部分细胞谱系呈现放射柱状分布。放射状胶质纤维朝向特定下丘脑亚区，可能作为新生神经元迁移的支架。通过RNA测序及数据分析，揭示了区域特异表达因子并对关键的基因进行原位杂交和免疫荧光验证。本项目对于下丘脑神经前体细胞的细胞特征及区域分子特性的研究为进一步深入研究非层状结构的下丘脑神经发生及核团形成机制提供了理论基础。