非典型钙黏蛋白Celsr1在小鼠大脑皮层发育中的功能和分子机制研究

During the corticogenesis of mouse, cortical neurons and glial cells are generated sequentially from neural stem cells (NSCs). The balance of self-renewal and differentiation of NSCs should be tuned precisely. However, the mechanisms of asymmetric cell division of NSCs during neurogenesis are still elusive. It is also controversial about the relationship between spindle orientation and NSCs asymmetric cell division. In our preliminary study, we find that Celsr1 is very specifically expressed in NSCs of the cortex and microcephaly is identified in the adult of Celsr1 mutant. And we also find that more mitotic spindles switch from horizontal to oblique and vertical in Celsr1 cortices at E14.5. In this project, we are going to decipher the mechanisms that how Celsr1 regulates the mitotic spindle orientation and mouse cortigogenesis, address the relationship between mitotic spindle orientation and microcephaly, and elucidate the downstream effectors of Celsr1 and proteins/protein complexes interacting with Ceslr1. These results will clarify the function of Celsr1 in mouse corticogenesis and shed new light on our understanding of microcephaly.

在小鼠的大脑皮层发育过程中，神经干细胞能够产生大脑皮层中各种类型的神经细胞和神经胶质细胞，其自我更新和分化需要受到精细的调控。在神经发生过程中，神经干细胞不对称分裂的调控机制还不清楚，纺锤体的排列方式在神经干细胞的不对称分裂中的作用也存在很多的争议。本项目初步的研究结果发现，非典型钙黏蛋白Celsr1非常特异地在神经干细胞中表达，其成年突变体小鼠表现为“小脑症”，我们还发现在胚胎E14.5期Celsr1突变体中神经干细胞在有丝分裂期纺锤体的排列方式发生紊乱。本项目将深入研究Celsr1在小鼠大脑皮层发育中的作用，解析其调控纺锤体的排列的细胞学机制，并挖掘Celsr1的下游效应因子和与其有相互作用的蛋白/蛋白复合体从而阐明其分子机制。

大脑的发育过程中神经干细胞通过不对称分裂产生中间前体细胞，中间前体细胞产生大脑皮层的神经细胞。在高等哺乳动物，例如人类、猕猴、雪貂等，他们的大脑体积和复杂程度远超小鼠，这主要由于干细胞和中间前体细胞的多样性及其分裂能力的不同造成的。其中中间前体细胞作为直接产生神经细胞的前体，在高等哺乳动物中它能够进行多次分裂，而在小鼠中大部分中间前体细胞则只能进行一次分裂。 在本项目中，我们发现Celsr1在小鼠大脑的中间前体细胞中具有较高的表达，而在人类、猕猴和雪貂中则很少表达，因此这提示我们Celsr1可能抑制了小鼠中间前体细胞的多次分裂能力。 通过系统地对Celsr1突变体小鼠的分析，首先我们发现在小鼠的突变体中在SVZ区出现了较多的分裂期的细胞。进一步的实验证明这些细胞为Tbr2阳性的中间前体细胞，并且数量较野生型对照中要多。我们随后分析了这些Tbr2阳性的中间前体细胞的来源，通过EdU/BrdU双标实验以及Time-lapse实时成像实验的结果证明Celsr1突变体的Tbr2阳性细胞能够进行多次分裂来自我更新，扩大细胞群体，并产生了较多的神经细胞。免疫共沉淀技术结合质谱分析我们发现Fam184b可能与Celsr1相互作用， Fam184b突变体的表型与Celsr1突变体一致，这也证明了Fam184b是一个与Celsr1具有相互作用的分子。