利用人单个神经上皮干细胞研究大脑皮层细胞发育谱系及机制

Understanding the developmental mechanisms of the cerebral cortex is essential for studying and treating various neurological diseases, while exploring the differentiation condition and the underlying mechanisms of various cortical neurons from neuroepithelial stem cells is the key to uncover the cortex developmental mechanisms. So far, numerous studies have explored this issue by using mouse model or pluripotent stem cells and. However, the developmental mechanisms of the cerebral cortex are still unclear because of lack of an ideal model. In our recent study, we developed a stable system for clonal expansion of single neuroepithelial stem cells (NESC) and efficient generation of various cortical neurons. In the project, we plan to use the established system in combination with the fluorescence reporting system driving by the gene promotes specific for cortical subtype neuron to explore: (1) the conditions and molecular mechanisms of the single NESC differentiation into projection neurons and ventral interneurons; and (2) identify the key molecular mechanisms controlling the cortical cell differentiation and maturation by analyzing the dynamic gene expression profiles over the cortical cell differentiation and maturation. Through this project, we would uncover the cortical lineage differentiation and fate decision mechanism of the cortical neurons, which not only promotes our understanding the cerebral cortex development, but also provides the scalable donor cells for cell replacement therapy.

理解人大脑皮层的发育机制是研究和防治各种神经疾病的基础，而探索神经上皮干细胞（NESC）分化为各种类型皮层神经元的条件和分子机制是揭示皮层发育的关键。当前，尽管一些研究利用小鼠或多能干细胞模型来探索该问题，但理想模型的缺乏导致该问题仍然不清楚。我们前期建立了一套人单个NESC的稳定扩增体系，并证明单个NESC来源的细胞系能分化为多种类型皮层神经元。因此，本项目拟利用已建立的单个NESC体系，结合皮层细胞特定基因的荧光报告系统，研究单个NESC分化为背侧大脑皮层各种投射神经元的诱导条件以及关键分子机制；探索NESC分化为腹侧中间神经元的分化条件以及分子机制；分析皮层细胞分化和成熟过程中的基因表达谱动态变化，鉴定皮层细胞分化和成熟的关键分子事件。通过这些问题的回答，揭示大脑皮层神经元发育的谱系及机制，其结果不仅能促进我们对人大脑皮层发育的理解，而且能为细胞替代治疗提供规模化的特定供体细胞。

理解人大脑皮层的发育机制是研究和防治各种神经疾病的基础。在所有动物中，人类的大脑皮层神经元数目最多，在发育过程中形成高度进化的脑沟回，人与啮齿类动物智力上的巨大差异，主要是大脑皮层发育上的差异。另外，灵长类动物的大脑皮层进化出了一个特异的外侧室管膜下区（OSVZ）用于大量富集神经前体细胞，这些外脑室放射状胶质前体细胞（basal radial glial stem cell, bRGCs）分化产生大量的皮层神经元，导致灵长类皮层逐渐增大增厚形成沟回，成为调节躯体运动和认知情感活动的最高级中枢。当皮层损伤后，会引发感觉、认知、情感和运动功能障碍，导致各种各样的神经发育、损伤和退行性精神疾病，如创伤性脑损伤、小儿癫痫、自闭症、智力发育迟滞等。.因此，了解大脑皮层神经元的发育调控的分子机制，以及灵长类皮层扩张的关键因子，不仅能促进我们对人大脑皮层发育的理解，而且能为神经系统各种疾病的治疗提供的特定供体细胞。在本项目中，我们主要关注BRN2，POU家族的一个成员，特异性表达的皮层上层神经元。我们的研究结果表明单个转录因子Brn2可以将星形胶质细胞充分转化为神经前体细胞和功能性神经元。这个新的转换方法将是一个潜在的治疗方法来治疗损伤的神经系统。另外，我们还发现，BRN2是灵长类大脑扩张的关键基因，特定的影响灵长类早期神经发育，降低RGC的增殖并促进提前分化。我们的研究为灵长类的神经发育提供了一种新的理论基础。