斑马鱼嗅球至前脑的投射及其发育的分子机理

动物脑内神经元在空间上特异的投射连接通常决定了神经回路是怎样行使其功能的。在经典的视网膜至中脑顶盖神经回路中，视网膜神经节细胞通过在空间上连续有序的拓扑投射把视网膜上的影像信息以镜像的方式呈现在中脑顶盖中。在嗅觉系统中，特异的气味激活在嗅球和前脑特异区域内神经元的活动，提示嗅觉回路中存在有神经元在空间上特异的投射连接。我们前期的研究结果表明位于斑马鱼嗅球不同位置的投射神经元僧帽细胞的轴突在其前脑靶区内的投射表现出在空间上的特异分布。结合已有的研究结果和我们的前期预实验的结果，我们将利用斑马鱼模式动物在细胞水平上来深入研究嗅球僧帽细胞至前脑的特异性投射连接及其对嗅觉功能的影响。同时，我们将研究在嗅球及前脑中呈特异表达的位置图标分子在僧帽细胞轴突发育中的功能，从而揭示嗅球至前脑特异性投射形成的分子机理。

单个神经元极少单独地执行某种功能，完整的神经回路才是脑内信息处理的基本单位。动物脑内神经元在空间上特异的投射连接通常决定了神经回路是怎样行使其功能的。在嗅觉系统中，特异的气味激活在嗅球和前脑特异区域内神经元的活动，提示嗅觉回路中存在有神经元在空间上特异的投射连接。在本研究项目的资助下，我们研究了嗅觉回路中神经元的投射连接及其发育的分子机制。研究发现在神经系统发育的早期，在端脑背侧将要发育成为嗅球中的神经元的投射连接就已经根据其在端脑中所处的位置不同而体现出特异的空间连接方式。研究以转基因斑马鱼Tg(lhx5:Kaede)为对象，采用单细胞标记的方法对单个端脑背侧（anterior dorsal telencephalon, ADt）神经元特异性标记并考察了单个神经元的轴突走向。研究表明ADt神经元的轴突向腹侧生长形成两束保守的神经束，一束跨越中线向对侧投射联系左右端脑（前联合，AC），一束沿同侧投射联系端脑和间脑及丘脑（视上束，SOT）。大量的单细胞标记实验结果表明不同的ADt神经元的轴突走向是不同的，这种差异性与神经元的细胞体在端脑分布的背腹差异性相关。进一步的研究证明轴突导向因子的受体Robo2和DCC在端脑前端背侧的表达分布也存在背腹差异性，两者具有相关关系。研究结果表明特异性抑制Robo2或者其配体Slit的表达可以特异性的大大降低ADt神经元的同侧投射，即SOT的形成。特异性抑制DCC的表达则不影响AC和SOT的形成，但ADt神经元出现异常的背侧投射。该研究揭示了Robo2-Slit和DCC-Netrin1是如何在脊椎动物胚胎前脑中协调控制神经元的轴突走向选择以及其在嗅觉回路中空间特异性投射的形成发育中的作用。这一结果已于2012年发表在《神经科学杂志》（The Journal of Neuroscience 2012, 32(36):12589-12602）。同时，研究发现轴突导向受体DCC在ADt神经元极性发育中有重要的作用。我们的研究结果进一步表明DCC,DCC的配体Netrin以及DCC的近源分子Neogenin在ADt神经元极性发育中具有相似又不完全相同的功能。我们的研究首次揭示了DCC在脊椎动物神经元极性发育中的作用。这一结果已于2012年发表在PLoS ONE杂志（PLoS ONE 7(5): e36516）。