孕期肥胖致胚胎神经系统发育异常及其机制研究

Pregnancy obesity (PO) can cause developmental abnormalities of central nervous system (CNS) in the offsprings, however, the underlying mechanism is still unclear. Our previous study found that the neural stem cells (NSCs) from PO embryonic mice exhibited dysregulation in their proliferation and differentiation; and DNA methylation and H3K27 trimethylation caused inactivation of a number of regulatory genes, involving DNMT1, EZH2 and HDAC1 (All of them are components of PcG protein complex), suggesting that the regulatory role of PcG proteins in NSC proliferation and differentiation associated genes may be an important reason for PO embryonic CNS abnormalities. The exact molecular mechanism remains to be demonstrated. The project intends to do the followings: (1) observe PO embryonic CNS development, and proliferation and differentiation of NSCs in vivo and in vitro; (2) investigate the role and mechanism of the epigenetic network mediated by PcG proteins, further revealing the molecular mechanism of PO-induced embryonic nervous system abnormalities. This project will provide diagnostic markers as well as help to design specific epigenetic drugs for PO embryonic nervous system damage.

孕期肥胖(PO)可引起子代中枢神经系统(CNS)发育异常，其发生机理至今尚不清楚。我们前期研究发现，PO胚鼠的神经干细胞(NSCs)增值分化失调；且DNA甲基化和H3K27三甲基化可共同导致多个调控基因失活，参与的酶包含了DNMT1、EZH2和HDAC1(均为PcG蛋白复合体组分)，提示PcG蛋白对NSCs增值分化相关基因的调控可能是PO胚胎CNS发育异常的重要原因，其确切的分子机制有待于进一步论证。本项目拟在此基础上：(1)系统观察PO胚胎CNS发育情况及在体、离体NSCs增值分化模式；(2)探讨PcG蛋白介导的表观遗传网络的调控作用及作用机制，进一步揭示PO致胚胎神经系统发育异常的分子机理。课题的完成将对提供PO胚胎神经损伤早期诊断标记物及设计特异的表观遗传药物具有重要的理论价值和临床意义。

孕期肥胖（PO）可引起子代中枢神经系统（CNS）发育异常，其确切的分子机理不明。因此，本课题主要研究PO胚胎CNS发育情况及在体、离体 NSCs增值分化模式，并探讨PcG蛋白介导的表观遗传网络的调控作用及作用机制，进一步揭示PO致胚胎神经系统发育异常的分子机理。我们研究结果发现：1. PO可以使神经管NSCs增值减低，NSCs向神经元、星形胶质和少突胶质细胞方向过早分化。2. 通过基因表达谱-芯片(Gene-chip)技术筛选得到了210个PO胚胎神经管相关差异基因，其中Pax6、Neurog2(Ngn2)和Hes1的表达水平与对照(Control)组比较明显下调，提示孕期肥胖(PO)可以改变神经发生相关基因的转录表达。3. 我们又运用免疫沉淀-芯片(ChIP-chip)技术筛选得到众多启动子可与PcG蛋白结合的基因，其中EZH2直接调控基因有481个，均有H3K27me3结合。4. 我们进一步将筛选出的PO胚胎神经管相关差异基因与筛选出的PcG蛋白靶基因进行交集，并对这些基因的甲基化、H3K27me3水平和蛋白表达情况进行验证、筛选，最终得到了21个靶基因，例如Pax6、Ngn2和Hes1。5.我们通过构建PcG蛋白重要亚基（如EZH2、BMI1和EED）的真核表达载体，转染胎鼠NSCs，其中H3K9me27水平增高最为显著；利用MSP法检测PO胚胎神经管相关靶基因的甲基化状态，发现有68%的基因的甲基化随之增高；基因的表达水平相应降低。6．我们又通过短发夹 RNA（shRNA）技术敲除胎鼠NSCs中的PcG蛋白调控网络中的关键基因，检测到H3K9me27水平显著降低；筛选出的 PO胚胎神经管相关靶基因有54%可被同时去甲基化，基因表达相应上调。提示PcG蛋白对NSCs增值分化相关基因的调控可能是PO胚胎 CNS发育异常的重要原因。该课题的完成将对提供PO胚胎神经损伤早期诊断标记物及设计特异的表观遗传药物具有重要的理论价值和临床意义。