锌指蛋白Zbtb20对大脑新皮质浅层投射神经元的发育调控作用及其机理研究

Abnormalities in neocortical development are common etiologies in epilepsy and cognitive disorders. Up to now, the molecular mechanism controlling the development of the Upper-layer cortical projection neurons remains unclear. Our preliminary data showed that zinc finger protein Zbtb20 was highly expressed in the ventricular zone and subventricular zone of murine dorsal developing telencephalon starting from embryonic day 14.5. Nervous system-specific Zbtb20 conditional knockout mice exhibited a decreasing in the cortical upper layer thickness with an altered morphology, an abnormal expression pattern of upper-layer specific molecular markers, and ectopic neurons in the corpus callosum. These phenotypes imply that Zbtb20 play an important role in the development of upper-layer cortex. To reveal the role and underlying mechanisms of Zbtb20 in the development of upper-layer projection neurons, in this project, we plan to analyze the proliferation, differentiation, migration and apoptosis of projection neurons in the Zbtb20-deleted developing neocortex. We will go further to screen and confirm Zbtb20's critical target genes and underlying molecular mechanisms. We believe that this project will shed new light on the understanding of neocortical development

大脑新皮质发育异常会导致癫痫、心智发育障碍等多种神经、精神疾病，然而目前对调控新皮质浅层投射神经元的分化和发育的分子机制尚不十分清楚。锌指蛋白Zbtb20 是申请人所在课题组自主发现并率先报道的新型转录因子，我们前期的工作表明该分子在新皮质浅层投射神经元产生的高峰期表达于小鼠端脑背侧的脑室层和脑室下层。为了揭示其体内生物学作用, 我们成功建立了神经系统特异性Zbtb20基因敲除小鼠，发现该小鼠模型的新皮质浅层变薄且细胞排列紊乱、浅层特异性分子标志的表达模式发生改变以及胼胝体内出现异位神经元等异常表型，提示Zbtb20对浅层投射神经元的发育具有重要的调控作用。在此基础上,本课题拟利用该基因敲除小鼠模型，深入分析Zbtb20对新皮质浅层投射神经元的增殖、分化、迁移以及存活的影响,同时筛选和验证其下游的重要靶基因,以明确该分子调控新皮质发育的细胞学和分子生物学机制，可望形成原创性科研成果。

为了揭示转录因子Zbtb20基因在新皮质发育过程中的作用，本项目系统分析了小鼠胚胎和出生后发育过程中Zbtb20在新皮质的表达模式；研究了Zbtb20神经系统特异性基因敲除小鼠模型（Nestin-ZB20KO）在不同发育阶段的大脑新皮质的组织学和分子表型变化；并对Zbtb20缺失后新皮质神经元的增殖、凋亡及迁移能力进行了分析；并筛选了其下游靶基因。研究主要取得以下进展：（1）Zbtb20 mRNA和蛋白表达于胚胎14.5天（E14.5）后的小鼠端脑背侧的脑室带（VZ）和脑室下带（SVZ）的分裂期神经干细胞和神经元前体细胞，而低表达于SVZ带的分裂后新生神经元。（2）Nestin-ZB20KO小鼠大脑新皮质发育障碍，具体表现为新皮质区皮质浅层显著变薄且细胞排列紊乱，皮质深层和白质层出现异位的II/III层神经元，但各层的主要分子标志表达未见异常。（3）Zbtb20缺失后对于胚胎期新皮质原基浅层神经元的增殖和凋亡无明显影响。（4）BrdU标记追踪实验结果表明Zbtb20缺失后导致部分Ⅱ/Ⅲ层神经元的迁移障碍。（5）对一系列潜在的下游靶基因进行筛选和验证后发现Nestin-ZB20KO大脑新皮质浅层神经元的迁移障碍可能与其脑室下层Sema3c表达下调有关。以上结果表明Zbtb20是调控大脑新皮质浅层神经元迁移的重要转录因子。