转录因子Sp8和Sp9共同调控嗅球中间神经元发育的分子机制

The identification of adult germinal zones maintaining neural stem cells and neurogenesis long after the end of development has generated much excitement and stimulated many questions. The subventricular zone (SVZ) represents an important reservoir of progenitors in the adult brain, perhaps harboring cell populations that could be used for neuroregenerative therapy. Every day, thousands of new neurons migrate into the olfactory bulb (OB) of an adult mouse. This process is even more conspicuous in the early postnatal brain where the rostral migratory stream (RMS) is massive. However, it remains unknown how these new neurons migrate from the SVZ into the OB via the RMS, and how these new neurons are incorporated into the olfactory system during postnatal life, and what is the molecular mechanisms that regulate this process. Recently, we know that the transcription factors Sp8 and Sp9 are widely expressed in the SVZ and OB. Aim 1 will address Sp9 expression pattern in the adult SVZ-RMS-OB pathway. Our preliminary results suggest that all new neurons in the SVZ express Sp9. Aim 2 will investigate the function role of Sp9 in OB development. We will systematically analyze the Sp9 mutant OB. Aim 3 will analyze Sp8/Sp9 double conditional mutant mice. Aim 4 will examine gene expression profiles after conditional inactive Sp8, Sp9 and Sp8/Sp9 using RNA-Seq. Finally, in Aim5, we wish to clarify the direct targets of Sp8 and Sp9 using ChiP-Seq. If we can understand how newly born neurons migrate from the SVZ into the OB, and how this population differentiates into mature OB interneurons, we will take the first step towards fully understanding the cellular and molecular programs governing neurogenesis in the adult SVZ-RMS-OB pathway.

成年哺乳动物脑室下层存有神经干细胞，这些干细胞可以终身不断的产生新神经元并远距离迁移到嗅球，这一过程叫成体神经发生。神经干细胞和神经发生在成年脑内的存在为神经再生带来了希望。然而，脑内新生神经元如何远距离迁移到嗅球，如何在嗅球内分化及分层分布却不清楚。我们近年来的研究显示转录因子Sp8和Sp9在脑室下层和嗅球广泛表达，但它们在嗅球发育过程以及成体神经发生的共同作用却不清楚。本项目拟着重研究以下问题：1，搞清楚转录因子Sp9 在胚胎以及成年脑内的表达模式。2，分析Sp9基因全敲小鼠嗅球的表型。3，分析Sp8和Sp9条件性双敲小鼠的嗅球。4，利用RNA-Seq技术分析Sp8和Sp9敲除小鼠嗅球内系列基因表达的变化。5，利用ChiP-Seq技术找出Sp8和Sp9直接调控的下游基因。这些实验的顺利完成，将有助于阐明成年嗅球神经发生的分子机制，也将为神经干细胞的临床应用提供相关基础理论知识。

成年哺乳动物脑室下层的神经干细胞能终生不断的产生新神经元并远距离迁移到嗅球分化成中间神经元。近年来的研究结果提示多种疾病都会伴有嗅球的发育不良和嗅觉的丧失，但是致病机制不清楚。本课题利用条件性基因敲除技术，结合形态学、分子生物学、电生理学、单细胞克隆分析及单细胞RNA-Seq、ChIP-Seq等技术，探讨了转录因子Sp8和Sp9调控嗅球中间神经元发生发育的分子机制。我们发现转录因子Sp8和Sp9在嗅球的发育过程中具有协同调控作用，敲除转录因子Sp9嗅球中间神经元的发育几乎不受影响，敲除转录因子Sp8嗅球中间神经元的数量减少，双敲除Sp8和Sp9，嗅球中间神经元的发生发育显著受损。进一步探讨了嗅球中间神经元发育的基因调控网络。我们发现皮质干细胞来源的GSX2+中间前体细胞具有多种潜能，既能产生嗅球中间神经元，还能产生皮质少突胶质细胞和皮质星形胶质细；SHH信号是干细胞产生嗅球中间神经元的关键分子，通过抑制Gli3R的功能调控嗅球中间神经元和皮质胶质细胞的发育；转录因子Dlx1/2是调控嗅球中间神经元产生的转录编码中的关键组分，Dlx1/2主要通过激活转录因子Sp8和Sp9促进Tshz1和Prokr2的表达调控嗅球中间神经元的发育，提出了小鼠嗅球中间神经元发育的基因调控网络：Gsx2/1-Dlx1/2–Sp8/9–Tshz1–Prokr2。同时，我们发现了信号传导通路PROK2/PROKR2在嗅球中间神经元的发育过程中有着重要的作用，转录因子Vax1通过抑制Gsx2调控皮质下区的区域化。通过单细胞测序结合基因谱系分析，我们发现无论是在人脑还是小鼠，皮层的少突胶质谱系、星形胶质谱系和部分嗅球中间神经元均来源于由放射胶质产生的具有多分化潜能的神经前体细胞。同时我们还发现转录因子Sp9和Sp8对大脑皮层中间神经元和纹状体神经元的发生发育均有着重要的调控作用。此外，我们还发现成人脑区海马齿状回没有神经发生，阐明了Zfhx3在纹状体胚胎后期产生的D1型神经元和Six3在纹状体D2型神经元的产生过程中都有着必不可少的作用，提出一个转录组图谱能够探索纹状体发育的轨迹。相关研究成果发表Nature、Cell Reports、Cerebral Cortex、Development等学术期刊上，共计15篇。