MCM5在后脑面部运动神经元发育中的作用及调控机制研究

The cell cycle regulator MCM5 is critical for the initiation and elongation of DNA replication, it is also involved in regulating gene transcription and retina neuron development, while little is known about whether it is involved in regulating the hindbrain facial motoneuron development. In other hand, FGF signaling plays a crucial role in hindbrain facial motoneuron development, yet there is also not enough reported upstream regulators of FGF signaling. In our earlier study, we found that MCM5 loss of function resulted in not only a decreased number of hindbrain facial motoneuron, but also the down-regulation of the expression of fgfr1a and pea3, the downstream gene of FGF signaling. This result indicated the possibility that MCM5 regulates the hindbrain motoneuron development via FGF signaling. So,in the near future work, we would like to study the role of MCM5 in regulating hindbrain facial motoneuron differentiation, migration and location by using cell transplantation, cell tracing and other experiments. Meanwhile, we also hope to clarify whether FGF signaling mediates the function of MCM5 in this process. Finally, we will study how MCM5 regulates the activity of FGF signaling at the chromatin level, by using ChIP-Cloning, Luciferase report assay and the other skills. In conclusion, our study would help to understand more about the detailed mechanism in hindbrain facial motoneuron development, and also help to know the dual roles of MCM5 in cell cycle and cell differentiation.

细胞周期因子MCM5在DNA复制起始延伸中起着关键性作用，并参与基因转录和视神经发育调控，但其在后脑面部运动神经元发育中的作用未见报道。FGF信号在后脑面部运动神经元发育中起着重要作用，而其上游调控因子的研究报道也相对较少。项目申请人前期研究发现MCM5功能敲降导致后脑面部运动神经元数量减少，FGF信号途径中fgfr1a和pea3表达降低,暗示MCM5可能通过FGF信号调控后脑面部运动神经元发育。因此项目拟进一步运用细胞移植、细胞命运跟踪等技术研究MCM5在后脑面部运动神经元细胞分化、迁移定位中的调控作用，并深入探讨FGF信号介导MCM5对该过程的调控作用。最后利用染色质免疫共沉、荧光素报告等技术研究MCM5在染色质水平上调控FGF信号的具体分子机制。本项目研究结果既有助于对后脑面部运动神经元发育分子调控机制的理解，也加深了人们对细胞周期因子MCM5在细胞周期与细胞分化中双重作用的认识。

细胞周期因子MCM5 在DNA 复制起始延伸中起着极为重要的作用，且MCM5被报道参与基因转录和视神经发育调控，但是MCM5是否参与了面部运动神经元及其他神经元发生的调控还不得而知。本研究主要从MCM5对后脑运动神经元发育的调控作用、调控信号通路、调控时序性及MCM5在染色质上可能的作用靶点机制进行研究。在前期研究的基础上，本研究进一步研究MCM5对面部运动神经元及多巴胺神经元发生的调控，并探讨其可能的分子调控机制及时序调控作用。到目前研究结果发现，1）MCM5基因在胚胎发育早期参与了面部神经元的发育分化，当MCM5功能敲降后面部运动神经元数量减少，众多神经元的迁移速度减慢，在发育的特定时间点无法到达预定目的位置。同时，MCM5以p53依赖的形式调控了头部多巴胺神经元的发育。2）在分子机制上我们发现并进一步确认MCM5特异性的调控了FGF信号通路，而对Notch， shh等信号通路的影响是与细胞周期紊乱而导致的细胞凋亡明显相关。MCM5通过调控fgfr1a的转录调控来调控FGF信号通路的平衡，从而是的头部面部运动神经元等正常的发育。3）在MCM5与染色质作用的位点上，我们克隆了fgfr1a/1b的5’UTR 等部分序列，利用体内荧光素报告法分析发现MCM5与fgfr1的基因序列结合而调控其转录表达。4）在调控时间上，我们研究发现MCM5在原肠运动时期对神经元的原基发育并不影响；主要在后期调控了其分化和迁移定位。5）在MCM5功能敲降后，后脑面部运动神经元发育的对称性被打破，故MCM5即使没有参与内脏器官的左右模式建成，也可能参与了神经系统的不对称发育。6）我们进一步发现MCM5参与了肝脏的发育调控。概言之，我们的研究第一次在机制上拓展MCM5在细胞周期调控以外的作用，我们的研究从另一层面上进行挖掘，支持MCM5可以通过FGF信号通路及Stat信号通路来调控面部运动神经元的发育及肝脏等器官的发育，这很好的解释了为什么在细胞中有如此之多的、细胞周期过程中不需要的细胞周期因子MCM5。这对我们研究其他细胞周期因子在发育疾病中的作用提供了一定的借鉴。