DOCK4调控神经突触发育的分子机制及其与孤独症的相关性研究

孤独症是一种起病于婴幼儿时期的广泛性发育障碍，临床表现为社会交往障碍、语言发育障碍以及行为刻板重复，并常伴随有智力低下和癫痫等症状。神经突触发育异常造成的突触可塑性改变是近年来孤独症发病机制的主要假说之一。既往研究提示，小G蛋白调节因子DOCK4是孤独症的易感基因。本课题组业已发现DOCK4蛋白的表达水平在海马神经元突触形成时期上调，并高度表达在突触后部。本项目拟在此基础上，首先以原代培养的大鼠海马神经元作为主要模型，通过RNAi干扰或过表达转染技术降低或提高DOCK4的表达，观察神经元树突棘的数量和形态确定DOCK4在突触发育中的调控作用；继而明确DOCK4是否通过改变下游小G蛋白活性调控突触发育；最后初步探讨与孤独症关联的DOCK4变异型对突触发育的影响。本项目期望通过对DOCK4在神经突触发育中的功能研究，初步明确DOCK4调控突触可塑性的分子机制，为揭示孤独症的发病机制提供新线索。

神经元发育的精密调控决定了神经元准确的形成联系并组成复杂的神经网络，由此调控我们的学习、记忆、情感等神经活动。Rho GTPases蛋白及其调控蛋白是肌动蛋白细胞骨架的一类重要调控蛋白，对神经元的形态和运动具有关键作用。Dock4蛋白是Rho GTPases的非典型鸟嘌呤核苷酸置换因子，可激活Rac1 GTPase。DOCK4基因与孤独症、阅读障碍和精神分裂症有关，但其对神经元发育和神经环路形成是否有重要功能并不十分明确。本项目利用神经细胞系Neuro-2a细胞和离体培养的海马神经元研究Dock4的神经功能，发现Dock4对于神经突起的分化生长，包括神经元轴突树突的极化以及树突的分支都有重要的调控作用，且该调控作用是通过激活Rac1和肌动蛋白重组完成的。本项目进一步对于Dock4的不同功能结构域做出了解析，发现Dock4蛋白N端的SH3结构域和其鸟苷酸置换结构域对于其功能不可或缺，并证明与孤独症相关的Dock4截断变异蛋白丧失了调控神经突起分化的功能。该研究初步探讨了Dock4的神经功能及其与孤独症等神经疾病发病机理的关系。为了近一步解析Dock4的体内功能，我们已构建了Dock4的全身敲除小鼠和脑皮质条件敲除小鼠，拟结合子宫内电穿孔或慢病毒感染，考察Dock4对神经元极化、迁移和轴突树突发育的作用，并进行神经行为学实验评价敲除小鼠在孤独症相关行为和学习记忆等方面的表现。