RNA结合蛋白-HuR调节新皮质兴奋性神经元迁移的机制研究

Projection neuron migration is a key step in neocortex development, which is essential for proper brain functions. In this complex cell migration process, accurate RNA metabolism is required to control gene expression spatially and temporally. However, only few of RNA-binding proteins have been shown to function in neuronal migration. HuR is a ubiquitous RNA-binding protein which has important roles in mRNA metabolism. HuR knockout during embryo development resulted in disrupted lamination of neocortex, suggesting HuR may regulate neuronal migration. Our preliminary results showed, HuR expresses during neuronal migration. HuR knockdown by in-utero electroporation led to obvious migration defect, which confirms our hypothesis that HuR regulates neuronal migration. In the proposed grant, we will further characterize the roles of HuR in neuronal migration using HuR conditional knockout mouse, and reveal the underlying mechanism through PCR array. Eventually we will try to analyze the impact of HuR on neocortex establishment and function. Results from this proposal may contribute to a better understanding of the cellular basis of neuronal migration.

兴奋性神经元迁移是构筑大脑皮层有序板层结构的必要步骤，在这一复杂的细胞运动过程中，神经元需要受到基因时空表达的严格调控，而RNA的正常代谢保证了基因的调控。仅有少量RNA结合蛋白的作用在神经迁移中得到了阐明。HuR是广泛表达的RNA结合蛋白，在mRNA转录和翻译中发挥重要作用。有文献指出，HuR在胚胎期鼠脑中敲除导致皮层板层分布异常，暗示HuR可能在神经元迁移中发挥重要作用。我们前期的研究表明，HuR在神经迁移时期广泛表达，HuR沉默的神经元出现明显的迁移阻滞现象，初步证实了HuR调节神经迁移。在此基础上，本课题将利用HuR loxp/loxp 转基因鼠，通过条件性敲除手段检验HuR对神经迁移的调节作用，并结合PCR array分析和找出HuR调节神经元运动的分子机制，最后建立疾病鼠模型，分析HuR对皮层结构和功能的影响。本课题研究成果将为阐明神经元迁移的细胞学机制提供重要的理论基础。

兴奋性神经元迁移是构筑大脑皮层有序板层结构的必要步骤。神经元迁移异常可能导致如精神分裂症、癫痫和智力低下等神经系统发育性疾病。在神经元迁移过程中，神经元中的基因表达需要受到严格的时空调控，而RNA的代谢保证了基因的调控。人类抗原R（HuR）是一种结构高度保守，表达范围广泛的mRNA结合蛋白，在调控mRNA的稳定性、mRNA选择性剪切、mRNA转运和翻译等方面具有着重要的作用，但HuR在神经元迁移中的作用尚不明确。.本课题的研究结果发现，HuR在小鼠鼠脑的胚胎发育时期高表达且分布广泛，可以与多种兴奋性神经元的标记物共标。在神经前体细胞中敲除HuR不影响神经前体细胞的增殖与分化，但是影响神经元迁移过程。我们通过RNA干涉和Cre-LoxP体系，在小鼠胚胎期15.5天敲减或敲除HuR，发现HuR缺失会影响晚期产生兴奋性神经元的迁移过程。详细的表型分析发现，HuR缺失神经元的形态转换没有异常，但是迁移速度明显变慢。在HuR条件性敲除鼠（NEX-Cre）中，我们也检测到了完全相同的现象。以上结果说明HuR调节的RNA稳定性特性的参与神经元迁移过程。为了揭示HuR调节神经元迁移速度的分子机理，我们通过PCR-array筛选出了在HuR敲除后发生变化的与细胞运动和迁移相关的分子，其中的细胞骨架结合蛋白profilin1表达量显著下调。我们通过多种生化方法明确了HuR通过结合Pfn1 mRNA来调控Pfn1蛋白表达，进而调节神经元中actin的聚合。共转profilin1则可以补救HuR敲除和敲减所造成的神经元迁移阻滞。神经元的迁移异常通常伴随神经元后续发育障碍以及脑高级功能的缺陷。通过利用本课题中制备的HuR条件性敲除小鼠模型，我们通过动物行为学系统的分析了HuR缺失对于脑高级功能的影响。发现HuR缺失后主要导致成年期小鼠出现明显的学习障碍以及抑郁样行为。同时神经元树突棘增多以及树突释放改变。.综上所述，本课题研究阐明了HuR通过调节细胞骨架分子profilin1的mRNA稳定性来参与调控神经元迁移的分子机制，并进一步检测了HuR缺失对于脑功能的影响，为相关神经系统疾病的诊断和治疗提供了潜在靶点。