LKB1调控神经干细胞休眠的分子机制

Quiescent neural stem cells are the cellular basis of neurogenesis. Therefore, how to maintain the reservoirs of quiescent neural stem cell is important for persistently generating new neurons and for preserving cognitive functions throughout life. LKB1, serine-threonine kinase 11, is an evolutionarily conserved protein that regulates cellular energy metabolism by phosphorylating AMPK (AMP-activated protein kinase) and 12 other AMPK-related kinases. Our array results showed that the expression of LKB1 is different between in neural stem cells and in newborn neurons. However, the function of LKB1 in quiescent neural stem cells is unknown. Here, we firstly detect the expression of LKB1 in quiescent neural stem cells by immunofluorescence. Next, we will use knockdown and over-expression of Lkb1 gene strategies in NSC by retrovirus infection to check whether LKB1 affect NSC proliferation and differentiation. In vivo, conditional LKB1 knockout mice will be made by injecting retroviral stereotaxically into the DG of LKB1(f/f) mice or by intraperitoneally injecting TAM into the LKB1(f/f)-creER mice. In order to identify the role of LKB1 in maintain the reservoirs of neural stem cells, the proliferation of neural stem cells will be compared and analyzed by a short and long term following. Finally, we will explore the mechanism of LKB1 in regulation of quiescent neural stem cells. In all, our research will provide new strategies for the therapy of neurodegenerative diseases.

休眠神经干细胞是神经元产生的细胞基础，维持成年大脑中休眠神经干细胞的库容对于功能性神经元的持续产生及认知能力的保持具有重要意义。LKB1是一类能够通过磷酸化AMPK及其他12种AMPK相关的激酶调控细胞能量代谢的进化保守蛋白，前期芯片实验结果表明其在神经干细胞和新生神经元中差异表达，但其是否参与调控神经干细胞休眠状态还未知。本项目首先采用免疫荧光方法确定LKB1在休眠神经干细胞中表达，然后通过逆转录病毒感染介导LKB1在原代神经干细胞中的过表达或抑制表达，确定LKB1对神经干细胞体外增殖和分化的影响。体内实验主要利用LKB1条件性敲除小鼠对短期及长期增殖的神经干细胞进行标记和分析，以明确LKB1的敲除是否促进了休眠干细胞的衰竭，并阐明LKB1在维持神经干细胞休眠中的作用和机制，为神经退行性疾病的治疗提供新的线索。

神经干细胞是神经形成的细胞基础，对于胚胎期大脑发育及成年大脑认知功能的保持具有重要的意义。本项目首先探讨了LKB1及相关基因Ezh2在成年神经形成中的重要功能。我们发现LKB1不仅抑制神经干细胞的增殖及到神经元的分化，而且对于维持神经干细胞的库容具有重要的功能。作为组蛋白H3K27甲基转移酶，Ezh2在成年神经形成过程中的功能和机制也还未知。我们的研究发现Ezh2在活跃的神经前体细胞及成熟神经元中表达，而在静息的神经干细胞中不表达。将神经前体细胞中的Ezh2敲除后发现其增殖水平降低。进一步研究发现Ezh2通过抑制Pten促进Akt-mTOR活性调控前体细胞增殖。长期追踪实验结果显示Ezh2在前体细胞中的敲除最终导致了神经元数量的减少。行为学实验发现条件性敲除Ezh2后小鼠的空间学习记忆、恐惧记忆以及模式识别能力均受到损伤。我们的结果阐明了Ezh2在神经前体细胞增殖过程中的重要功能，为揭示成年神经形成在认知功能保持上提供了新的分子机制。CHD2与多种神经发育疾病如自闭、智力低下等密切相关，其在脑发育过程中的功能及机制却知之甚少。在本研究中我们发现CHD2显著表达于Pax6阳性的放射状胶质细胞中，而在Tbr2+的中间前体细胞中几乎不表达。当CHD2的表达被抑制时，放射状胶质细胞的自我更新水平降低，中间前体细胞及神经元的产生增加。进一步研究发现CHD2通过直接结合在REST基因区调节REST表达，从而实现对胚胎神经形成的调控。过表达REST能够挽救CHD2敲低引起的神经形成缺陷。总言之，我们的研究揭示了CHD2在放射状胶质细胞自我更新及中间前体细胞和神经元产生中的重要功能，提示CHD2在脑神经形成过程中的失活可能导致神经发育异常。