建立人TDP-43突变疾病模型探讨TDP-43在ALS中的功能

TDP-43是多种神经退行性疾病的病理学标记蛋白，TDP-43功能缺失或异常引起神经元功能损伤或神经元死亡。我们通过转基因技术建立TDP-43基因敲除动物和mES细胞模型，获得TDP43-/-纯合mES细胞克隆，研究TDP-43敲除对小鼠神经发育和mES细胞向神经分化的影响，揭示TDP-43细胞内功能，同时构建hTDP-43突变置换载体，利用同源置换方法建立hTDP-43-Q331K和hTDP-43-M337V动物和ES细胞的ALS模型。观察神经细胞和胶质细胞内TDP-43阳性包涵体的形成。对模型的行为、病理和细胞分子分析，揭示TDP-43在正常神经细胞的功能和包涵体形成的机制，探讨TDP-43功能缺陷是否是引发ALS的关键点。进一步深入研究hTDP-43突变的胶质细胞对脊髓运动神经元的作用，探讨TDP-43上、下游的靶点，期望有助于发展能破坏包涵体或抑制其形成的策略。

首先利用参与调控整个中枢神经系统的头尾、背腹神经元分布的特异因子诱导ES细胞定向分化为特异类型的神经元。ES细胞形成EBs后，用高浓度的RA 诱导后可促进ES细胞向神经方向分化，并特异的表达神经尾侧的基因。高浓度RA诱导后，利用BMP4和SHH可特异决定背侧和腹侧的神经命运。高浓度的Shh进一步诱导可获得HB9阳性的腹侧运动神经元。低浓度的 Bmp4诱导分化的神经元90%以上为GABAergic神经元。因此，通过比较了各种因子对神经模式化的影响后，我们建立了脊髓神经特异神经元分化的方法。. 其次，通过体内和体外实验初步探讨了TDP-43在ALS疾病中的作用。hTDP-43突变型在PC12细胞中的过表达研究显示，hTDP-43过表达对PC12细胞有明显的细胞毒性作用，并在胞核中表达或者在胞质中形成包涵体，并且通过一种CDK6依赖性机制触发细胞周期活化，再进入细胞周期引起细胞凋亡。接下来，利用脊髓运动神经元特异启动子构建突变的人TDP-43的转基因ALS小鼠模型。分别获得了TgQ331K和TgM337V转基因小鼠，我们从小鼠的运动能力及病理特征等方面对hTDP-43转基因小鼠进行评估，结果显示，HB9启动子调控的hTDP43特异表达于脊髓运动神经元，并能够导致转基因小鼠产生ALS的疾病特征，ALS病征发病时间较晚，主要集中在4-6个月龄发病，而且不致死；运动障碍程度轻；而且随着月龄的增加ALS呈进程性变化。为进一步揭示TDP-43对神经退行性疾病的作用机制，我们通过体外分离培养转基因小鼠的脊髓运动神经元的方法，从神经元再进入细胞周期的角度深入探讨hTDP-43在神经退行性疾病中的作用。 . 最后，为深入了解ALS的发病机制，结合ALS疾病的新进展，我们利用Thy1启动子制备了表达hOPTN突变的转基因小鼠，初步分析了转基因小鼠的运动功能，结果表明神经系统中突变hOPTN过表达对小鼠的运动能力产生影响，使转基因小鼠呈现ALS疾病特征。