组蛋白变体对脑发育的调控机制研究

In our previous work, we found that histone modification and DNA modification in epigenetic regulation play an important role in the regulation of neural stem cell fate. More and more studies show that epigenetic molecules have important roles in the brain. However, it is largely unknown whether histone variants, as important epigenetic regulators, have function during brain development. We aim to study the important question of how histone variants regulate brain function during brain development. Based on the preliminary results, we will study how histone variants such as H3.3 and H2AZ affect brain development by using knockdown, overexperession, and knockout mice strategies. The specific aims for this proposal are : 1) to examine the expression pattern of histone variants H3.3 and H2AZ; 2) to study the effect of histone H3.3 and H2AZ on neural stem cell proliferation; 3) to investigate the effect of H3.3 and H2AZ on neural stem cell differentiation; 4) to examine the molecular mechanism. Our final aim is to uncover the molecular mechanism how histone variant regulate brain development and may provide hints for brain diseases.

我们前期发现表观遗传中的组蛋白和DNA修饰对神经干细胞命运调控具有重要调控作用，但近年来越来越多的研究表明存在一类特殊的组蛋白变体介导的表观调控发挥不可替代的作用。与常规染色质结构相比，组蛋白变体可以形成结构和功能特异的染色质结构，进而行使不同的生物学功能，但组蛋白变体在脑发育中的作用不是很清楚。本项目拟解决的关键科学问题是“组蛋白变体对脑发育的调控及机制”,拟以“组蛋白变体H3.3和H2AZ调控脑发育”为课题主线，采用基因敲降，过表达，基因敲除小鼠，转录组测序等手段系统研究组蛋白变体对神经干细胞自我更新，命运决定和神经元发育的作用。具体包括：1)检测组蛋白变体在脑中的表达情况；2)研究组蛋白变体对神经干细胞自我更新和增殖的调控；3)探讨组蛋白变体对神经细胞分化的调控；4)通过转录组测序以及信号通路分析，揭示组蛋白变体的具体作用机制。最终揭示组蛋白变体在大脑皮层形成过程中的调控作用及机制。

胚胎大脑皮层发育过程受到细胞内外多种信号分子的精准调控，以保证大脑正常发育的时序性。而表观遗传调控是皮层发育过程中的关键调控因素，但组蛋白变体及修饰在脑发育中的作用不是很清楚。发现组蛋白变体H2AZ.1, H2AZ.2，组蛋白伴侣分子Nap1l1，以及组蛋白修饰对神经干细胞命运调控具有重要调控作用。采用基因敲降，过表达，基因敲除小鼠，转录组测序等手段系统发现组蛋白变体对神经干细胞自我更新和增殖的调控，发现组蛋白变体及修饰对神经细胞分化的调控，揭示组蛋白变体及修饰在大脑皮层形成过程中的调控作用及机制。围绕组蛋白变体及表观遗传对脑发育的调控，该重点项目取得了系列进展，在Cell Stem Cell, Advanced Science, Science Advances, PNAS, Nucleic Acids Res, Trends in Cell Biol等共发表标注文章22篇。在揭示组蛋白变体、组蛋白修饰及表观调控对脑发育的调控方面做出了一系列创新性发现，完成了既定目标。