硫酸乙酰肝素C-5-异构化酶在神经树突的形态发生中的功能及其被miRNA调控的机制研究

The defect of neuritogenesis involves in neurodegenerative diseases. Hence, study of the underlying molecular mechanisms is key step for the diagnosis and treatment of neurodegenerative diseases. Glucuronyl C5-epimerase (Glce) plays crucial role in the biosynthesis of cell membrane heparin sulfate proteoglycan. In our previous studies, we had determined the crystal structure of Glce protein. Besides, Glce implicated in NGF induced difference of PC12 cells. Overexpression or knockdown Glce affected the dendritic morphology in cortical neurons primary culture. In addition, we found that Glce neuronal conditional knockout mice had low cognitive ability. However, the functions and the regulation mechanisms of Glce are still unknown. In this project, cortical neurons primary cultures, Glce neuronal conditional knockout mice, techniques in molecular biology field will be employed to study the functions and the mechanisms of dendritic morphology, and the molecular mechanisms of Glce regulated by miRNAs. In addition, the mechanisms of enzymatic functions of Glce in dendritic morphology will also be investigated. Achievement of this project would be helpful to elucidate the mechanisms of neurodegenerative diseases and discover the key target molecule, and also provide a solid theoretical basis for targeting drug research.

神经突生成缺陷与神经退行性疾病密切相关，因此研究其发生的分子机制对疾病的诊治具有重要意义。C-5-异构化酶（Glce）是细胞膜硫酸乙酰肝素蛋白聚糖关键合成酶之一。我们早期研究确定了Glce酶的晶体结构，并发现Glce干预NGF诱导的大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤PC12类神经细胞的分化，在鼠大脑皮层原代培养神经细胞中高表达或沉默Glce基因影响其树突的形态发生，进一步研究发现，Glce神经元条件敲除鼠显示明显认知低下。然而，其详细的功能及其调控机制尚未知晓。本项目拟运用鼠大脑皮层神经细胞和Glce条件敲除鼠结合分子生物学技术研究Glce在神经树突的形态发生中的功能机制，阐明miRNAs靶向Glce调控其相关功能的分子机制，同时探讨Glce酶学功能在神经树突的形态发生中的作用机制。该项目的实施将有助于阐明神经退行性疾病发病机理及其关键靶分子的发现，并为相关靶向性药物研究提供坚实理论基础。

神经突生成缺陷与神经退行性疾病密切相关，抑郁症是一种破坏性很强且反复发作的神经退行性疾病，发病率呈现逐年增高的趋势，大约影响了全球17%的人口，并将成为全球仅次于心脑血管疾病的第二大严重疾病。抑郁症的病因复杂，其发病机理至今仍然不清楚，且临床上缺乏分子诊断标志物，这是目前抑郁症的研究和药物开发存在的主要困境。C-5-异构化酶（Glce）是细胞膜硫酸乙酰肝素蛋白聚糖关键合成酶之一，Glce蛋白质作为单基因酶，没有同工酶的特性使其具有成为疾病诊断和药物研发分子靶标的潜力。本项目运用小鼠大脑皮层神经细胞和在脑神经细胞中条件性敲除Glce小鼠结合小鼠行为学实验和分子生物学技术研究Glce在神经树突的形态发生中的功能机制，探索了miRNAs靶向Glce调控其相关功能的分子机制，同时探讨了Glce酶学功能在神经树突的形态发生中的作用机制。.研究发现，原本在细胞膜上广泛表达的Glce，在抑郁样小鼠的海马中明显减弱。病毒介导的海马Glce基因敲减显著加重抑郁样行为；Glce神经元特异性敲除可阻滞海马神经突起的生长并诱导小鼠抑郁样行为。同时，Glce蛋白与PI3kinase结合非常强 (Kd value: 8 × 10-9 M)，并激活BDNF/PI3K/Akt信号，从而诱导神经元树突分支生长。此外，miR-34c-5p可靶向Glce，调节PI3K/Akt信号通路，抑制神经突起的生长。这些结果证实了Glce在调节神经突起生长方面的新功能，以及在小鼠抑郁样行为中的关键作用。本课题研究为更好的理解抑郁症的发生发展机理提供了新的理论依据，同时为基于靶向神经发生及其关键分子Glce的创新药物研究奠定了良好基础。.相关研究成果获得专利授权4项，发表课题关联SCI论文9篇，培养硕博研究生6名。