神经轴突剪切的Eph-ephrin双向信号转导机制

Axon pruning is a key element during neuronal development and neural diseases which helps to eliminate extra neural connection and ensure precise neural circuit formation. Eph receptor tyrosine kinases and their ligands ephrins play essential roles for axon pruning during nerve development and wiring in hippocampus. Based on our previous studies on roles of EphB/ephrin-B signaling for the development of mossy fiber axons, the proposed studies are mainly focused on neural mechanisms of axon pruning by using a series of Eph/ephrin knockout/knockin mice combined with morphology, cell biology, disease related animal model and behavioral test to clarify how Eph/ephrin mediated bidirectional signals are transduced into both dentate granule cell neurons and CA3 pyramidal neurons upon axon-cell contact. Moreover, we also plan to investigate the inhibitory roles for ephrin-B in mossy fiber sprouting and seizures in an epileptic mouse model. The study should lead to an increased understanding of new mechanisms for neural developmental modulation during nerve injury and neuralogical diseases.

神经轴突的剪切消除多余的神经联系，保证精确神经环路的形成，是神经发育和神经疾病发生的重要机制。在海马神经元连接过程中,酪氨酸激酶受体家族EphB和其配体ephrin-B介导的双向信号对于控制轴突的剪切过程至关重要。本项目运用分子遗传学手段构建Eph和ephrin基因敲除和一系列基因突变敲入小鼠，结合组织形态学，体外细胞生物学、疾病动物模型和行为学等多学科综合手段，在申请人前期研究发现的EphB/ephrin-B分子信号转导调控苔藓纤维轴突剪切过程的基础上，围绕轴突剪切机制这一核心科学问题，研究Eph和ephrin-B 如何分别在CA3 区锥体细胞和齿状回颗粒细胞苔藓纤维轴突中传递双向细胞信号，在轴突和突触后细胞的相互接触过程中促进轴突的剪切。本课题同时还探讨ephrin-B在癫痫模型上对于调节苔藓纤维出芽和癫痫发作行为的抑制作用。 本研究有助于理解神经损伤和神经系统疾病的发育调节的新机制。

神经轴突的剪切消除多余的神经联系，保证精确神经环路的形成，是神经发育和神经疾病发生的重要机制。在海马神经元连接过程中,膜上受体ephrin-B 介导的反向信号对于控制轴突的剪切过程至关重要。本项目运用分子遗传学手段构建ephrin-B3 基因敲除和ephrin-B3胞内部分PDZ结合部位突变敲入小鼠，研究了 ephrin-B3反向信号中PDZ结合区对轴突剪切的调节； ephrin-B3结合的候选PDZ蛋白对轴突剪切的作用； ephrin-B3在癫痫发生过程中对苔藓纤维神经轴突出芽和癫痫发作的调节作用。体内发育过程和体外原代神经元培养系统的研究结果表明，海马苔藓纤维的剪切需要ephrin-B3胞内PDZ结合位点。与ephrin-B3胞内端PDZ区域结合的下游蛋白syntenin对NG-108细胞突起有显著抑制作用。我们还发现一个ephrin-B结合蛋白Lnx在苔藓纤维剪切过程中发挥重要作用。这种作用有可能是通过控制苔藓纤维剪切的非细胞自主性机制实现的。我们进一步利用注射海人草酸或匹罗卡品的方法建立了药物诱发癫痫的模型，发现癫痫发生后ephrin-B3在海马的表达显著降低。利用不同剂量的匹罗卡品后的行为学结果表明，ephrin-B3敲除和胞内PDZ结合位点突变体小鼠更易诱发癫痫。在海人草酸诱导的癫痫模型中，ephrin-B3胞内部位缺失的突变体更易表现为苔藓纤维的出芽。这些结果均提示ephrin-B3在体内具有潜在的控制癫痫发作的作用。本研究为发现癫痫发生机制以及潜在治疗的新靶点提供了实验依据。