Brn-4促进神经干细胞向神经元分化的分子机制

定向分化是神经干细胞研究的重要问题之一。神经干细胞定向分化受到细胞内、外信号分子的精确调控。如何使神经干细胞向神经元定向分化直接影响着神经干细胞的应用。我们的研究发现，去神经支配海马为神经干细胞向神经元分化提供良好的条件。转录因子Brn-4和胰岛素样生长因子（IGF-1）在去神经支配海马内反应性上调，两者均能促进海马神经干细胞向神经元分化。又有研究表明，IGF-1能促进神经干细胞Brn-4表达。本课题旨在阐明Brn-4促进神经干细胞向神经元分化的分子机制。一方面从Brn-4上游信号通路出发，研究IGF-1促进Brn-4表达的信号通路。另一方面从Brn-4下游调控信号入手，利用ChIP-on-chip法检测Brn-4下游靶基因，并检测它们在神经元分化中的作用。通过本研究阐明Brn-4促进神经干细胞向神经元分化的分子机制，更好地引导神经干细胞向神经元分化，为神经系统疾病的治疗提供新的途径。

成年动物脑内神经发生区的微环境对神经干细胞再生起着至关重要的影响。本项目的前期研究发现，在海马去神经支配损伤后，海马内的微环境发生了改变，这种改变为神经干细胞再生和向神经元分化提供良好的条件。进一步研究发现转录因子Brn-4和胰岛素样生长因子（IGF-1）在去神经支配海马内反应性上调，而且它们在海马神经干细胞向神经元分化方面起着促进作用。本项目的目标是阐明Brn-4促进神经干细胞向神经元分化的分子机制，包括Brn-4上游通路和下游靶基因。针对Brn-4上游信号通路我们主要利用体外信号分子阻断的方法进行研究，结果表明，IGF-1可以促进海马Brn-4的表达，这个过程是由PI3K/Akt信号分子介导，与MAPK无关。当阻断这个信号通路，Brn-4促神经元分化的过程受到明显的影响。因此，去神经支配损伤后PI3K/Akt介导了海马内Brn-4表达，并进一步促进海马神经干细胞向神经元分化。目前对转录因子Brn-4下游靶基因的了解甚少。我们利用高能量测序的方法（包括染色体共沉淀测序ChIP-seq和Brn-4过表达后RNA测序RNA-seq）寻找Brn-4的下游靶基因。RNA-seq结果显示，海马内过表达Brn-4后711个基因上调，7个基因下调。ChIP-seq分析结果显示与Brn-4结合的位点有84个，其中50个结合位点位于基因序列的近侧结构域，34个为基因内片段。将上述50个基因与RNA-seq结果对比，有6个基因在RNA-seq结果中，5个上调或1个下调。6个基因中，Ctbp1和Gli2与神经系统发育相关。进一点验证表明，它们对Brn-4的反应与RNA-seq结果一致。ChIP验证表明Brn-4与Gli2上游非编码区相互结合。在海马神经干细胞中过表达Gli2后，神经元前体细胞标记物表达增高。进一步诱导分化表明，Gli2过表达组神经元分化的比例明显增加。提示Gli2在神经干细胞的神经元分化命运的决定中起着重要作用。综合上述研究结果，IGF-1通过PI3K/Akt增加损伤后海马内Brn-4的表达，后者与Gli2上游非编码序列结合并启动Gli2的表达，从而增强海马内的神经干细胞再生和神经元分化。通过本项目的研究，阐明了海马损伤后Brn-4促进神经干细胞向神经元分化的分子机制，为引导神经干细胞向神经元分化和治疗神经系统疾病提供新的研究靶点。