LGL1调控浦肯野细胞树突发育的分子机制研究

The normal dendrites morphology of neuron is vital for the formation of the neural circuits, and its abnormal development result in many diseases of the nervous system. Dendritic morphology is regulated by variety of internal and external signals, but currently, the regulation of dendritic development factor, especially the internal factors, make its molecular mechanism is still not clear enough. Our previous study found LGL1 deletion in mice caused dendrites dysplasia with severe movement disorder. On this basis, this study intends to use WT and Pcp2-LGL1-/- knockout mice as material, make the following research: 1) To compare the different development stages of dendritic morphology, and combining the spatial and temporal expression of LGL1, confirming which stage LGL1 regulation in dendritic development; 2) Compare the differences in the cell components of the dendritic development, and clarify how LGL1 regulates dendritic development at the cellular level; 3) Using RNAi and overexpression mediated phenotype recovery experiments, to analyze the relationship of LGL1 and the known gene related dendritic development, and combining the RNA-seq analysis, discovering the upstream and downstream signaling molecules of LGL1, eventually, making the molecular mechanism clear that LGL1 regulation of dendritic development, clarifying its position in the dendritic growth regulation network, providing theoretical support for clinical related disease.

神经元树突正常形态的确立对神经环路的形成至关重要，其发育异常导致多种神经系统疾病。树突形态发生受多种内外信号调控，但目前对树突发育调控子，尤其是内源调控子挖掘不足，导致树突发育的分子机制仍不清楚。我们前期研究发现LGL1缺失造成小鼠浦肯野细胞树突发育异常，并伴有严重的运动能力失调。在此基础上，本研究拟以WT及Pcp2-LGL1-/-敲除小鼠为材料，进行以下研究：1）比较二者不同发育阶段树突的形态差异，并结合LGL1时空表达，明确LGL1调控树突发育的哪个阶段；2）比较二者树突发育中相关细胞组分的差异，明确LGL1如何在细胞水平上调控树突发育；3）利用RNAi及过表达介导的表型恢复实验，分析LGL1与已知树突发育关键基因的调控关系，并结合RNA-seq分析，挖掘LGL1上下游信号分子，最终解析LGL1调控树突发育分子机制，明确其在树突发育调控网络中的位置，为临床相关疾病的治疗提供理论支撑。

神经元是构成神经系统结构和功能的基本单位，由细胞体和细胞突起构成。其重要性、发育的复杂性与多种临床疾病的发生密切相关。我国是世界上人口出生缺陷的高发国家之一，其中与神经发育异常相关的疾病占很大一部分，这给家庭和社会带来沉重的心理和经济负担，因此，对神经发育的研究不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的社会价值。本课题利用基因打靶技术，通过条件性基因敲除，构建得到了Pcp2-LGL1-/-和Emx1-LGL1-/-这两种小鼠，一个是小脑共济失调动物模型，另一个是认知障碍类疾病的动物模型，利用Pcp2-LGL1-/-这一动物模型，明确了LGL1在小鼠神经元树突发育不同时期的表达，并比较WT与Pcp2-LGL1-/-小鼠树突发育不同阶段的形态差异，明确LGL1在小脑原基形成的早期就开始调控浦肯野细胞树突的发育；在细胞水平上，发现LGL1缺失导致高尔基体定位异常，然而高尔基体的极性分布对于浦肯野细胞主树突的建立非常重要，发现了树突发育异常的细胞学基础；在分子水平上，LGL1的缺失影响Cdc42及β-Catenin的表达分布，并利用RNA-Seq技术发现胞间连接分子、Notch信号通路和细胞黏附通路是LGL1基因缺失激活的最主要的三个信号通路，该结果对于我们寻找LGL1调控树突发育的下游信号提供了线索。利用Emx1-LGL1-/-小鼠，揭示了LGL1在海马区神经发育中的作用，包括神经前体细胞增殖、区间动态核迁移、分化、凋亡、黏附连接等。