Rab5在皮层Ⅱ/Ⅲ层投射神经元轴突成束化中的作用及其机制

The nervous system's functions rely on the exact connections of neural circuits. Neurons that the basic units of the neural circuits are connected by nerve fibers (axons). A group of nerve fiebers with the same origin usually cling together and become axon tracts, axon fasciculation is the typical feature of the axon tracts. There are many types of axon tracts in brain, which work together to make the brain most integrated structures. Some research works reveal that Sema3A is essential for the axon fasciculation. Our primary research data show that Rab5 could be activated by Sema3A in cultured cortical layers Ⅱ/Ⅲ neurons, and down regulation of Rab5 impeded axon fasciculation of layers Ⅱ/Ⅲ projection neurons. Collectively, these primary data suggest that Rab5 play an important role in axon fasciculation during cortical development. In order to reveal the functional mechanism of Rab5 further, we will take advantage of a series of methods, such as molecular & cellular method, biochemical method, in uterus electroporation, optical imaging and so on, to explore the molecular and cellular mechanisms of Rab5 underlying axon fasciculation. This project will not only widen our knowledge about the role of Rab5 in axon fasciculation, but also provide new evidences to understand the mechanisms of cortical development.

神经系统高级功能的实现有赖于神经环路的精确建立。神经元是神经环路的基本组成单位，不同的神经元之间依靠神经纤维（轴突）形成突触联系。同一类群的神经纤维在投射过程中紧密地组织在一起成为神经纤维束。脑内存在着类型各异的神经纤维束，纵横交错，广泛地联系着不同的脑区，使之成为一个具有高级整合功能的有机体。现有研究表明，在神经系统发育过程中，Sema3A对神经纤维束的正确形成起着至关重要的作用。我们初步的实验结果发现，下调Rab5能够影响皮层Ⅱ/Ⅲ层神经元轴突的成束化，并且在体外培养的皮层神经元中，Rab5的活性受Sema3A的调节。因此，在皮层投射神经纤维的发育中，Rab5可能是一个重要的调控分子。为了深入阐明Rab5的作用机制，我们将利用分子生物学、细胞生物学、生物化学、胚胎电转和光学成像等方法，进一步研究Rab5调节轴突成束化的分子和细胞学机制。本研究将为皮层发育机制的认识提供新的科学依据。

神经系统高级功能的实现有赖于神经环路的精确建立。同一类群的神经纤维在投射过程中紧密地组织在一起成为神经纤维束。脑内存在着类型各异的神经纤维束，纵横交错，广泛地联系着不同的脑区，使之成为一个具有高级整合功能的有机体。胼胝体是脑内最大的神经纤维束，它在左右大脑半球信息传递过程中发挥着极其重要的作用。在大脑发育过程中，轴突导向对神经纤维束的形成具有决定性的作用。.本项目中，我们的研究发现在皮层II、III层神经元轴突跨胼胝体投射过程中，Rab5介导了Semaphorin3A（Sema3A）的排斥性导向作用。Rab5 是小G蛋白，通过其效应因子Rabaptin5 可被Sema3A激活。Rabaptin5能够直接结合Sema3A的共同受体之一Plexin-A1，这种结合可以被Sema3A调节。Rabaptin5 在Rab5 和Plexin-A1的结合过程中起着桥接作用。Sema3A的受体Plexin-A1或NP1功能缺失导致跨胼胝体轴突的成束化和靶向投射异常，过表达Rab5或Rabaptin5能够拯救这种异常。因此，该项目发现了Rab5通过其效应因子Rabaptin5及激活因子Rabex5介导Sema3A排斥性的轴突导向作用。.本项目揭示了Rab5介导的Sema3A排斥性的轴突导向作用，这些发现必将开阔人们对大脑皮层发育机理的认识。