β-catenin在丘脑-皮层投射神经发育过程中的功能及作用机制

The distinguished pools of thalamic neurons follow the same stereotype of axonal projection to the cortex. It remains unclear that which transcription factor(s) regulates this process. In order to access this intriguing question, we employed Foxb1 driven Cre to conditionally manipulate the Wnt/β-catenin signal in the developing thalamus. In the mouse with β-catenin LOF, the thalamocortical projection is totally disrupted. Meanwhile, the β-catenin GOF mouse exhibits the enhanced thalamocortical axons. Therefore, we hypothesis that β-catenin is one of the key regulators of thalamocortical tract development. To address this hypothesis, firstly, we will characterize the detailed β-catenin functional impact on thalamocortical projection, based on either transcriptional or cell adhesion aspects. Secondly, we will draw the gene expression profile of both β-catenin LOF and β-catenin GOF thalamus at various developmental stages. By comparing the gene profiling data from Sox2 CKO and Shh CKO embryos, we will generate a pool of β-catenin downstream transcription factors, which could potentially play the key role in thalamocortical pathfinding. Finally, we will verify the function of β-catenin and its downstream candidates during thalamus development by means of In Utero Electroporation and in vivo cell implantation.

丘脑的数十个神经核团都遵循一个相同的模式化投射模式，而其中的关键协同因子以及调控机制却一直不为人所知。多种Wnt配体在发育中的丘脑区域表达，但其在丘脑神经发育中的作用却不清楚。我们使用Foxb1Cre小鼠，于E9.5天左右在丘脑中敲除或增强Wnt通路的重要中介蛋白β-catenin，分别导致丘脑-皮层投射缺失或增强两种截然相反的结果。我们猜测β-catenin可能是丘脑神经投射的重要调控因子。在本项目中，我们将分别研究β-catenin的转录活性与非转录的细胞间连接功能对丘脑神经发育的影响，将之与拥有不同丘脑投射表型的Shh CKO 及 Sox2 CKO 小鼠丘脑的基因表达作对比，筛选下游作用因子。最后，通过在子宫内的基因干预及体内细胞移植实验，验证β-catenin及其下游分子在丘脑-皮层神经投射发育过程中的作用。

通过综合运用多种品系转基因小鼠，免疫荧光染色，RNA原位杂交等技术，我们发现Wnt/β-catenin信号在丘脑的神经投射中发挥着重要作用，但是对丘脑的分化，区域划分没有影响。转录因子Lhx5在下丘脑乳头体中有着高表达，但他在乳头体发育过程中的具体作用却知之甚少，我们通过条件性敲除小鼠的研究发现Lhx5 通过调节Tbx3的表达来抑制Shh信号从而实现乳头体区域特化。寡突细胞前体细胞（OPC），神经细胞，星形细胞在胚胎期都是来源于相同的神经前体细胞。神经前体细胞究竟产生那种类型细胞，或者产生多少细胞都在精确的调控之下，可能根据其所处位置的不同而有所差别。Foxb1基因在前脑主要表达在丘脑。我们发现Foxb1标记的神经前体细胞的子代大多为寡突细胞，小部分为神经细胞，极少的星形细胞。而Foxb1敲除的神经前体细胞的子代细胞多为寡突细胞前体细胞，或者不成熟的寡突细胞。这说明Foxb1基因在调控神经细胞和寡突细胞的产生方面起着重要作用。