中心体蛋白WDR62与β-catenin共同调控神经干细胞发育的机制研究

WDR62 mutation is the second major cause of autosomal recessive microcephaly (MCPH). The pathogenic mechanism remains unclear and needs to be further studied. Our published results show that WDR62 is highly expressed in VZ/SVZ and CP regions of cerebral cortex, especially in VZ regions. Moreover, WDR62 knockout leads to abnormal proliferation and differentiation of neural stem cells and cell cycle. However, the exact mechanism of how WDR62 regulates the proliferation and differentiation of neural stem cells is still vague. Our preliminary data show that knockdown of β-catenin resulted in similar phenotype as WDR62 knockdown. The majority of knockdown cells concentrated in the IZ (intermediate zone), indicating that not only WDR62 knockdown but also β-catenin led to self-renewal and differentiation defects of neural stem cells. Furthermore, overexpression of β-catenin could rescue the phenotype of abnormal cortical cells distribution and abnormal centrosomal function caused by knockdown of WDR62. Therefore, this project intends to further study the function of WDR62 in the process of APs nuclear dynamic migration, and how WDR62 and beta-catenin affect the centrosomal function, and then regulate the nuclear dynamic migration, and ultimately control the self-renewal and differentiation of neural stem cells. This project will provide a new insight into understanding the pathogenic mechanism of MCPH.

WDR62突变是导致常染色体隐性遗传小颅畸形的第二大主要因素，关于其发病机制尚不清楚。我们的研究表明，WDR62表达于大脑皮层VZ/SVZ及CP区，尤其在VZ区高表达，敲除WDR62导致神经干细胞增殖分化及细胞周期异常，但WDR62如何调控干细胞增殖分化的确切机制依然不清楚，我们猜测WDR62可能通过影响顶端神经前体细胞(APs)核动态迁移(INM)，进而影响神经干细胞自我更新与分化。前期研究中，我们发现敲降β-catenin导致与WDR62相似的表型，细胞聚集在大脑皮层中间层，暗示神经干细胞自我更新或分化异常，且过表达β-catenin能够挽救WDR62敲降导致的细胞分布及中心体功能异常的表型。因此，本项目拟深入研究WDR62在INM过程中的功能，以及WDR62与β-catenin如何通过影响中心体功能，进而调控INM与神经干细胞自我更新与分化，这将有助于我们深入理解小颅畸形的发病机理。

常染色体隐性遗传小颅畸形 (autosomal recessive primary microcephaly, MCPH) 是一种神经系统发育障碍疾病，病人主要表现为头围减小，并伴随一定程度的智力障碍。WDR62 (WD40-Repeat Protein 62) 是最近发现的小颅畸形致病基因，其在大脑发育过程中对于维持神经前体细胞增殖与分化是必须的。到目前为止，WDR62基因突变或缺失导致小颅畸形的致病机制还不是很清楚。本项目研究发现WDR62是一个位于中心体上的蛋白，敲除导致中心体提前分离、中心体复制异常、多级纺锤体的形成以及胞质分裂异常。β-catenin也是一个中心体定位的蛋白，敲除β-catenin导致了中心体复制发生异常。同时，我们采用子宫内电转技术以及基因敲除技术敲降β-catenin，造成神经细胞在大脑皮层的分布发生改变，转染β-catenin shRNA的细胞主要聚集在大脑的中间层 (intermediate zone, IZ)。一方面，细胞不能迁移到皮层(cortical plate, CP) 暗示神经迁移缺陷，另一方面室管膜层 (ventricular zone, VZ) 细胞显著减少暗示神经干细胞的自我更新或分化出现问题。这与WDR62敲降的表型十分相似。因此，在敲降WDR62的同时过表达β-catenin发现，过表达β-catenin能够挽救WDR62敲降的表型，并且不依赖于β-catenin转录因子的功能。接下来我们研究了β-catenin是通过什么机制来挽救WDR62敲降的表型。我们发现WDR62作为支架蛋白能招募β-catenin到中心体上，敲降WDR62导致β-catenin在中心体上的定位减少。泛素连接酶FBW7能够通过WDR62 第1053这个特异磷酸化位点的磷酸化，来识别WDR62，从而导致WDR62的泛素化降解，负调控WDR62蛋白的稳定性。相反，β-catenin能够正调控WDR62蛋白的稳定性。β-catenin既能够跟WDR62相互作用，也能跟FBW7相互作用，三者两两相互作用形成复合体。同时，β-catenin 能够抑制FBW7自身二聚体的形成，从而破坏WDR62与FBW7之间的相互作用，可能使得WDR62被FBW7泛素化降解减少，最终起到稳定WDR62蛋白的作用。