Sall3调控TH基因表达的分子机制及在帕金森病细胞替代治疗上的应用

Parkinson's disease (PD) is the second most common neurodegenerative disorder characterized by the progressive loss of midbrain dopaminergic (DA) neurons. There is no efficient treatment to prevent PD progression and development by now. Embryonic stem (ES) cell lines were successfully built up and proved to be differentiated into neurons in vitro, which provides a new source of cells for cell replacement therapy for neurodegenerative diseases, including PD. In recent years, a lot of genes have been found to regulate the development and differentiation of dopaminergic neurons. They could induce the precusor cells to show dopaminergic phenotype,but unfortunately, they could not induce the cells into fully mature dopaminergic neurons. Previous study showed that Sall3, a zinc-finger protein, plays crucial roles in the terminal differentiation of olfactory DA neurons. In addition, our latest result demonstrated that Sall3 can regulate the expression of TH gene, the rate-limiting enzyme in the synthesis of dopamine, suggesting that Sall3 is a potential target for PD treatment..In this project we will investigate the molecular mechanism underline the regulation function of Sall3 on the expression of TH gene. Then we will transplant the differentiated Sall3 over-expression ES cells into 6-OHDA PD rat model to investigate the potential value of Sall3 in gene therapy. Our research will help to clarify the mechanism of Sall3 on the differentiation of DA neurons and shed light on the cell replacement therapy of PD.

帕金森病(PD)是发病率居第二位的重大神经退行性疾病，该病主要是由中脑多巴胺(DA)神经元退行性病变所导致，目前尚无能阻止疾病进程和发展的治疗方法。胚胎干细胞的成功建系并被证明可以体外分化为神经细胞，这为PD的细胞替代治疗提供了一个新的细胞来源。目前已经发现了很多与DA神经元发育和分化相关的重要调控基因。它们能将前体细胞诱导出多巴胺能的表型，但是遗憾的是并不能诱导出完全成熟的DA神经元。我们及他人的前期研究证明锌指结构蛋白Sall3在嗅球DA神经元终末分化中起着非常重要的作用，我们最近的研究表明Sall3能够调控多巴胺合成限速酶TH的表达，提示Sall3是一个潜在的治疗PD的靶点。本项目计划进一步研究Sall3调控TH基因表达的分子机制；并通过对PD大鼠模型移植Sall3过表达的干细胞分化产物进行实验性治疗，研究结果将明确Sall3在DA神经元分化机制以及该基因在PD治疗上的应用前景。

帕金森病(PD)是发病率居第二位的重大神经退行性疾病，该病主要是由中脑多巴胺(DA)神经元退行性病变所导致，目前尚无能阻止疾病进程和发展的治疗方法。胚胎干细胞的成功建系并被证明可以体外分化为神经细胞，这为PD的细胞替代治疗提供了一个新的细胞来源。目前已经发现了很多与DA神经元发育和分化相关的重要调控基因。它们能将前体细胞诱导出多巴胺能的表型，但是遗憾的是并不能诱导出完全成熟的DA神经元。我们及他人的前期研究证明锌指结构蛋白Sall3在嗅球DA神经元终末分化中起着非常重要的作用，我们以往研究表明Sall3能够调控多巴胺合成限速酶TH的表达，提示Sall3是一个潜在的治疗PD的靶点。我们的最新研究发现特异性甲基化酶抑制剂5-Aza处理能够改变TH启动子特定区域甲基化水平，进而影响TH基因的表达水平，且两者在一定浓度范围内，呈剂量依赖关系。Sall3基因沉默，TH基因启动子特定区域内CpG岛甲基化水平上调，5-AZA处理后，该作用被清除。Sall3基因过表达，TH基因启动子特定区域内CpG岛甲基化水平下调。以上结果显示Sall3过表达或下调能够改变TH启动子甲基化水平，进而改变TH基因表达水平 。为了确定在TH基因表达调控中起作用的DNA甲基转移酶类型，我们通过siRNA方式分别干扰了四类DNA甲基转移酶的表达：DNMT3a,DNMT3b,DNMT3L和DNMT1，结果显示，在DNMT3b表达干扰有效的情况下，TH基因的表达明显升高。此外我们优化了将小鼠胚胎干细胞定向诱导分化为多巴胺能神经元的方法，建立了单层分化法平台，不但缩短了分化时间，而且可重复性强，TH神经元阳性率高。研究发现在诱导分化的神经元成熟阶段过表达SALL3基因，TH阳性神经元的数量明显增加，该结果与我们的假设一致。本项目计划进一步研究Dnmt3b如何介导Sall3对TH基因的调控；并通过对PD大鼠模型移植Sall3过表达的干细胞分化产物进行实验性治疗，研究结果将明确Sall3在DA神经元分化机制以及该基因在PD治疗上的应用前景。