神经黏附分子对大脑皮层神经元发育的调控作用

Neural adhesion molecules are a group of membrane molecules that mediate cell-cell or cell-extracellular matix inteaction in the neuranol tissue. It becomes clear that neural adhesion molecules play important roles in neural development, function and degeneration. Previous work has shown that neural adhesion molecules CHL1 and NB-3 regulate radial migration and apical dendrite orientation of pyramidal neurons in the developing neocortex. Moreovere, mutations in gene CALL (the Chl1 ortholog in human) have been associated with mental retardation and schizophrenia, indicating that abnormality in migration and dendrite development may underlie brain malfunction and diseases. We found that NB-3 interacts with Slit2, an important neuronal guidance cue that, via its receptor Robo, regulates axon guidance, dendrite branching and neuronal migration. Also, CHL1 interacts with DISC1, a scaffold protein encoded by an schizophrenia susceptibility gene. Our aim for current study is to investigate how CHL1/NB-3 and their downstream signaling pathways interact and regulate Slit-Robo signaling, and their functions in the neural development. Successful completion of our study would shed light on the regulation of Slit-Robo pathway, reveal the mechanism of CHL1/NB-3 regulated neuronal development and disease, and provide us a better picture of molecule and cellular mechanism of neocortex development and malfunction such as schizophrenia.

神经黏附分子是介导神经组织细胞间、细胞与基质间相互作用的膜蛋白，其在神经发育、功能和退变中的作用日益受到重视。前期工作表明，神经黏附分子CHL1和NB-3对大脑皮层神经元的迁移和树突发育起重要调节作用，其突变导致的皮层神经元发育异常可能是引发精神分裂症的原因之一。在执行相关青年科学基金项目中，我们发现NB-3与导向蛋白slit，CHL1与精神分裂症易感蛋白DISC1分别有相互作用。在此发现的基础上我们提出假说，即CHL1/NB-3及其信号通路参与调节Slit-Robo信号转导，进而影响了大脑皮层发育。本项目旨在验证并完善此假说，包括研究CHL1/NB-3通路和Slit-Robo通路的相互作用关系，及DISC1在CHL1/NB-3通路中的功能。本研究将加深对Slit-Robo信号转导调控的认识，揭示CHL1和NB-3相关精神疾病的发生机制，完善精神分裂症相关信号通路，加深对该病病因学的认识。

神经黏附分子是介导神经组织细胞间、细胞与基质间相互作用的膜蛋白，其在神经发育和精神疾病中的作用日益受到重视。根据申请人的前期工作基础，本项目提出研究神经黏附分子CHL1/NB-3通路和Slit-Robo通路的相互作用关系，及DISC1在CHL1/NB-3通路中的功能。围绕这两个研究内容，我们对相关蛋白的相互作用、信号转导，及其在神经发育中的作用进行了深入研究。我们的研究表明：.1）.NB-3与Slit2蛋白存在直接相互作用。Slit2可抑制大脑皮层神经元突起的外向生长，而NB-3蛋白可逆转Slit2的这种抑制效应，进而调控大脑皮层的神经元发育。相关工作基本完成，成果在整理中。.2）.CHL1的胞内段与DISC1蛋白存在相互作用。DISC1在大脑皮层神经元发育早期抑制神经元突起的外向生长，而CHL1可逆转DISC1的抑制作用。相关工作已于2016年发表于Brain Research。.3）.DTNBP1基因在精神分裂症患者中存在异常剪切，其编码的蛋白dysbindin-1与神经粘附分子和DISC1都存在相互作用。DTNBP1异常剪切的产物dysbindin-1B影响了神经元轴突的正常发育，可能是精神分裂症发生的分子机制之一。相关工作于2015年发表于Cell Discovery。.4）.钙离子是调节机体和细胞各项生理活动（包括神经发育）必不可缺的离子之一。为了更好的研究神经元局部钙活动和电活动与发育的关系，我们构建了多个基于GCaMP6的新型钙指示剂蛋白，能够对细胞膜附近与细胞核中的钙活动进行精细检测，为研究神经元的实时钙活动和生理活动提供了新的工具。相关工作的一部分于2015年发表于《中国生物化学与分子生物学报》。.本研究加深了对Slit-Robo信号转导调控的认识，揭示了神经黏附分子和DISC1在精神疾病发生中的机制，完善了精神分裂症相关信号通路，加深了对该病病因学的认识。