创伤性脑损伤后斑马鱼前脑成年神经干细胞增殖调控的分子机制

The zebrafish brain maintains wide and active neurogenesis during adulthood. The adult neural stem cell can proliferate significantly after traumatic brain injury so that enough neurons can be generated to repair the damaged tissue. However, the knowledge about the regulation mechanisms of the proliferation of adult neural stem cells in zebrafish brain is very limited. Fezf2 is a transcription factor that plays an important role in the forebrain development. Our preliminary data indicate that Fezf2 is an important regulator of the proliferation of adult neural stem cell after traumatic brain injury. The present proposal will use the traumatic injury model of the zebrafish forebrain to intensively explore the role and molecular mechanisms of Fezf2 in the regulation of the proliferation of adult neural stem cells by comprehensive employment of transgenic, FACS, RAN-Seq, CRISPR gene knockout, antisense morpholino gene silence, as well as morphological, histochemical, behavioral, molecular biology techniques. Further studies will also be carried out to investigate other molecular players in regulating the proliferation of adult neural stem cells after traumatic brain injury by conducting systematic and unbiased experiments. The present study will advance the understanding of the reactive proliferation of vertebrate adult neural stem cells and the underlining mechanisms after traumatic brain injury. The present study will also provide new targets and rationale for the treatment of traumatic brain injury.

斑马鱼大脑在成年期仍然保持广泛而活跃的神经发生，并且在创伤性损伤后，神经干细胞可以大量增殖，从而生成足够的神经元以修复受损组织。然而对于调控斑马鱼成年神经干细胞增殖的机制所知甚少。Fezf2是在前脑发育中起重要作用的转录因子，我们的预实验结果提示Fezf2在创伤性脑损伤后成年神经干细胞增殖的调控中起重要作用。本研究将采用斑马鱼前脑创伤性脑损伤模型，综合运用转基因、流体细胞分离术、RNA-Seq、CRISPR基因敲除、反义吗啉环寡核苷酸基因沉默、以及其他形态学、组织化学、行为学、分子生物学等技术手段，深入研究Fezf2在脑损伤后对神经干细胞增殖的调控作用及其分子机制，并进一步从更广泛的意义上系统性研究可能在创伤性脑损伤后调控神经干细胞增殖中起作用的其他分子及其作用。本研究将促进对脊椎动物成年神经干细胞在脑损伤后反应性增殖及其调控机制的理解，并且为探索更有效的治疗手段提供新的标靶和理论依据。

创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）发病率高，预后差。随着细胞治疗等新疗法的出现，研究神经干细胞在成体脑内增殖分化调控的机理，可以为提高脑损伤的治疗效果提供理论依据，因而具有重要意义。本课题在前期研究的基础上，应用具有强大修复能力的成年斑马鱼脑，创建创伤性脑损伤模型，深入研究了调控成年神经干细胞，即放射状胶质细胞（Radial glia-like cells，RGLs）在脑损伤后反增殖调控的分子机制。本研究从不同时程、多个层面详细检测了创伤性损伤后的斑马鱼脑的损伤和修复情况，包括RGLs的增殖、神经元的分化、脑组织的损伤和修复、神经环路的重建、以及脑的高级功能的恢复。我们的研究结果表明，脑创伤性损伤后，fezf2基因在RGLs的表达显著降低。通过分析fezf2基因突变体斑马鱼的RGLs在脑损伤后的增殖变化，本研究揭示了Fezf2在脑损伤时具有抑制RGLs增殖的作用，并且此作用很可能与Fezf2对Notch信号通路活性的调控有关。我们应用RNA-seq，系统性研究了脑损伤时，RGLs中显著性差异表达基因，阐明了差异表达基因在不同信号通路以及不同功能调控网络中的分布特点，并明确了pax7a和pax7b基因可以增强脑损伤侧RGLs的增殖。另外，我们检测了中药单体秦皮乙素对创伤性脑损伤修复的影响，并应用新进发展普及的10x Genomics技术，对损伤后的斑马鱼脑进行了单细胞转录组测序和初步分析。本课题的研究成果加深了对脊椎动物成年神经干细胞增殖及其调控机制的理解，并为创伤性脑损伤的治疗和促进脑功能的恢复提供了新的标靶和理论依据。本课题的研究成果，包括所创建的多个基因的突变体斑马鱼等有力的工具，也为我们的下一步研究打下坚实基础。