ETGP基因在躯体感觉神经元发育中的作用机制

Somatosensory neurons are critical components of the sensory system that processes the mechanical, temperature, and nociceptive stimuli in both animal and human. Molecular mechanisms underlying somatosensory neuron development are currently not well understood. We discovered a zebrafish mutant which produced fish larvae that showed elevated response to vibration stimulus. ETGP, the gene disrupted in the mutant is evolutionally conserved in the vertebrates only. In both the zebrafish and the mouse ETGP is specifically expressed in the somatosensory neurons. In rat PC12 cells, inhibition of ETGP function by RNA interference significantly accelerated nerve growth factor-induced differentiation and neurite outgrowth. In zebrafish ETGP mutant animals, the periphery axons of the somatosensory neurons developed abnormal outgrowth. The proposed project will examine the somatosensory neuron development and sensory-related behaviors in the zebrafish model in order to elucidate the functional roles of ETGP at the whole organism level. The project will also investigate the molecular mechanisms regulating ETGP’s functions in the neurite outgrowth of the PC12 cells and the somatosensory neurons in the zebrafish. In addition, the proposed studies should provide insights into mechanisms of disease in hereditary sensory neuropathies.

躯体感觉神经元是动物和人感知机械、温度以及伤害性刺激的关键组成部分。目前人们对于躯体感觉神经元发育分子机制的认识仍不充分。项目预实验发现在一个斑马鱼突变品系中，幼年突变动物对振动刺激的反应显著增强。此品系中所突变的ETGP基因只存在于脊椎动物。在斑马鱼及小鼠中ETGP基因均特异地在躯体感觉神经元中表达。在大鼠PC12细胞株中消减ETGP功能可显著加快神经生长因子所诱导的神经突起生长；而在斑马鱼突变动物中，躯体感觉神经元的轴突生长出现显著异常。本项目利用斑马鱼模式动物，通过对躯体感神经元发育与感觉行为的考察来明确ETGP基因在整体动物中的功能作用。项目还将开展对ETGP蛋白功能的研究，采用PC12细胞神经突起生长与斑马鱼躯体感神经元轴突生长为研究模型，用以明确ETGP蛋白在躯体感神经元发育中作用的分子机制。项目研究的实施亦将有助于对遗传性感觉神经病变分子基础的理解。

躯体感觉神经元把机械、温度、以及伤害性刺激传递到中枢，是动物与人感知外部世界和本体状态的关键。目前人们对于躯体感觉神经元发育分子机制的认识仍不充分。在本项目资助下，我们考察了斑马鱼模式动物的躯体感觉相关行为，并重点考察了新基因ETGP的分子功能，以及ETGP基因在感觉神经元发育中的作用机制。我们建立了检测斑马鱼对振动刺激和温度梯度感知的行为范式。我们采用斑马鱼动物、大鼠PC12细胞和海马原代培养神经元、以及人脑胶质瘤细胞较深入地开展了对ETGP基因的分子功能的研究。在这些工作基础上，项目研究考察分析了ETGP基因在斑马鱼躯体感觉相关行为以及神经元发育中的作用机制。项目的主要发现包括：（1）新基因ETGP在斑马鱼躯体感觉神经元中表达。（2）斑马鱼中ETGP基因突变导致动物的躯体感觉神经元发育及感觉相关行为出现显著异常。（3）ETGP基因缺失可显著上调mTOR信号通路活性。（4）ETGP蛋白可以和mTORC1蛋白复合物中负性调控蛋白DEPTOR直接相互作用，并且可通过降低DEPTOR蛋白的泛素化修饰来稳定胞内DEPTOR蛋白的表达水平。根据这些新发现的分子特性我们将ETGP蛋白重新命名为UBTOR，代表泛素化（UB）互作蛋白，并在mTOR（TOR）信号通路中发挥作用。（5）ETGP/UBTOR的分子功能具有跨物种保守性，在斑马鱼、大鼠、以及人源细胞裸鼠异源移植等多种模型中取得验证。同时，项目考察鉴定了ETGP/UBTOR基因家族其他成员在感觉神经元的表达，并初步明确了其他新基因在感觉神经元发育及感觉行为中的作用。通过项目研究，课题组还建立完善了基于TALE和CRISPR的基因敲除和精准敲入等基因组编辑方法。项目研究的主要研究结果明确了新基因ETGP/UBTOR通过调控mTOR信号通路活性影响神经元发育和躯体感觉行为的作用机制。项目研究结果有助于对新基因家族ETGP/UBTOR基因功能的认识，并有可能推动对遗传性感觉神经元发育异常的分子基础的理解。