Beta-arrestin 2对海马神经干细胞初级纤毛上Shh信号通路的调控作用研究

The abnormality of proliferation and differentiation of neural stem cells in hippocampus causes the defect of learning and memory. It brings about mental retardation. The primary cilium mediate Shh pathway to regulate the formation, proliferation and differentiation of neural stem cells in hippocampus. At present the regulator ?-arrestin was found very important for the Shh pathway, but the role was not known in the proliferation and differentiation of neural stem cells. We found the knockdown of ?-arrestin 2 reduced the proliferation of neural stem cells. So we put forward a hypothesis that ?-arrestin 2 regulates Shh pathway in the neural stem cells of hippocampus and affects the learning and memory of the mice. This project will first study how ?-arrestin 2 regulates Shh pathway by using the neural stem cells with ?-arrestin 2 knockdown or overexpression, then explore this role in the proliferation and differentiation of neural stem cells in hippocampus in ?-arrestin 2 knockout mice. It will provide useful information for mechanism study and for large scale expansion of neural stem cells required by potential clinical therapy.

海马神经干细胞的增殖分化异常引起学习、记忆缺陷，导致智力迟钝。初级纤毛介导Shh信号通路在海马神经干细胞的形成、增殖分化中具有重要作用。最近发现调控蛋白?-arrestin 在Shh信号通路中具有重要的调控作用，但其在海马神经干细胞增殖分化中的作用及机制尚不清楚。本课题组发现小鼠海马神经干细胞中?-arrestin 2基因沉默会降低神经干细胞的增殖能力，因此提出?-arrestin 2调控初级纤毛上Shh信号通路影响海马神经干细胞增殖分化，从而调控学习和记忆的假说。本课题拟以?-arrestin 2基因沉默和?-arrestin 2基因过表达的神经干细胞为研究对象，研究?-arrestin 2对初级纤毛上Shh信号通路的调控作用，利用?-arrestin 2基因敲除小鼠在体内进一步验证其在海马神经干细胞增殖分化中的作用，为神经干细胞增殖分化的机制研究和临床治疗应用提供实验依据。

初级纤毛介导Shh信号通路在海马神经干细胞的形成、增殖分化中具有重要作用。最近发现调控蛋白ß-arrestin 在Shh信号通路中具有重要的调控作用，但其在海马神经干细胞增殖分化中的作用及机制尚不清楚。我们课题组在国家自然科学基金的资助下，运用ß-arrestin 2基因敲除小鼠和在体外建立的ß-arrestin 2基因沉默和ß-arrestin 2基因过表达的神经干细胞为研究对象，对ß-arrestin 2在初级纤毛上Shh信号通路中的调控作用进行了一系列研究，初步证明了ß-arrestin 2对Shh信号通路具有正调控作用。利用海马神经干细胞实验模型，比较了ß-arrestin 2基因敲除小鼠和野生型小鼠在海马神经干细胞增殖分化中的作用。结果发现：ß-arrestin 2基因敲除后，培养的海马神经干细胞在形态、大小方面没有明显差异；两种小鼠来源的海马神经干细胞的纯度也都在95%以上；BrdU阳性细胞数量和克隆形成率，二者没有显著性差异；两种小鼠来源的海马神经干细胞分化为星形胶质细胞、少突胶质细胞和神经元的比例没有明显差别。这些结果提示在体内ß-arrestin 2基因敲除后对神经干细胞增殖和分化没有明显影响。为了进一步确定ß-arrestin 2对神经干细胞增殖分化的作用，我们通过慢病毒感染，建立了ß-arrestin 2基因沉默和过表达的神经干细胞。结果发现：ß-arrestin 2基因沉默后海马神经干细胞的增殖受到抑制，BrdU阳性细胞数量减少，克隆形成率明显降低，而过表达后促进了海马神经干细胞的增殖，BrdU阳性细胞数量增加，克隆形成率明显升高；ß-arrestin 2基因沉默后海马神经元分化为神经元和星形胶质细胞的数目下降，而过表达促进了神经元和星形胶质细胞的分化。这些结果提示ß-arrestin 2促进海马神经干细胞的增殖，并增强神经元和星形胶质细胞的分化。我们的研究结果表明ß-arrestin 2的缺失在小鼠体内没有引起明显的表型差异，在体外培养的海马神经元中ß-arrestin 2基因沉默后抑制增殖和分化，而ß-arrestin 2基因过表达后促进海马神经干细胞的增殖和分化。这提示ß-arrestin 2在神经形成中具有重要作用，ß-arrestin缺失可能会导致认知缺陷，为神经干细胞增殖分化的机制研究和临床治疗应用提供实验依据。