Foxg1調控胚胎大腦皮層神經幹細胞發育的分子機制研究

《Foxg1調控胚胎大腦皮層神經幹細胞發育的分子機制研究》是依託清華大學，由沈沁擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：Foxg1調控胚胎大腦皮層神經幹細胞發育的分子機制研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：沈沁
• 項目類別：面上項目

項目摘要

哺乳動物大腦皮層發育涉及到不同類型神經細胞的特化和功能性神經迴路的建立，是一個在時空上高度有序的過程。大腦皮層不同類型的神經元和神經膠質細胞來源於腦室區的神經幹細胞, 在皮層發育過程中按照既定的發育次序生成。Forkhead轉錄因子家族成員Foxg1是特異性表達在前腦中的重要調控因子，其基因表達缺陷與神經系統發育性疾病Rett綜合症有緊密的聯繫。Foxg1影響細胞存活、增殖、有序性分化和遷移多個方面，但其作用機制並不清楚。本項目利用高通量Chip-seq結合生物信息學分析，對Foxg1在神經幹細胞發育過程中的靶基因進行系統鑑定，闡述其調控基因轉錄的機理，構建以Foxg1為中心的基因轉錄網路，並通過體內外實驗，探究該網路對神經幹細胞增殖分化功能的影響。本項目對於認識神經幹細胞的發育調控機制和疾病的發生機理具有重要的意義，將為研究大腦發育性疾病的治療手段提供新思路。

結題摘要

哺乳動物大腦皮層的形成是一個由多種細胞類型參與，時空上高度有序，並在一定程度上受外界因素影響的極為精確的生物學過程。神經幹細胞作為大腦皮層神經發生的基礎，一方面通過自我更新維持自身細胞類群，同時分化產生不同類型的神經元和膠質細胞，構成大腦皮層的六個層次。神經幹細胞的分化潛能隨著皮層發育過程的進行逐漸發生變化。發育早期的神經幹細胞可以產生深層神經元和淺層神經元，發育後期的神經幹細胞卻只能產生晚期神經元而不能產生早期神經元。如此有序的神經發生在體外培養分化的神經幹細胞中同樣存在，提示神經幹細胞存在固有的時間調節調控機制，決定神經幹細胞的譜系發育和分化潛能。然而，關於這一調控機制的分子基礎卻知之甚少。Foxg1是前腦特異性表達的轉錄因子，對前腦發育有重要作用。我們與同行之前的工作表明，Foxg1對神經幹細胞的自我更新和分化潛能起調控作用。並且Foxg1對神經幹細胞的調控作用表現出明顯的發育階段特異性，在不同的發育階段對Foxg1的表達進行干預會產生不同的表型。為了闡明Foxg1調控胚胎神經幹細胞的分子機制，在本項研究中，我們綜合利用多種研究手段，確定了Foxg1在各個胚胎髮育時期在神經幹細胞中的表達。而後系統地鑑定了在胚胎神經發育的關鍵時間點上，Foxg1在神經幹細胞基因組上的分布，對Foxg1結合的DNA區段進行了分類,描繪了Foxg1在神經幹細胞發育過程中在基因組上的動態圖譜；測定了對應時期神經幹細胞的基因表達譜，為推斷特定基因表達和Foxg1與基因結合之間的相關性以及Foxg1對結合基因可能的轉錄調控功能打下基礎。我們通過對Foxg1在基因組上結合基序的分析，並結合體外細胞系模型中過表達Foxg1進行蛋白免疫共沉澱的方式，鑑定出數個在神經發育中發揮重要功能並可能與Foxg1在體記憶體在直接相互作用的蛋白質。我們的研究使得Foxg1成為首個在大腦發育中神經幹細胞內在染色質上動態變化被報導的轉錄因子，不僅為進一步闡明Foxg1通過在不同發育階段調控特定基因表達實現對神經幹細胞分化潛能動態變化的調控提供重要依據，也為研究轉錄因子調控幹細胞動態變化樹立了新的範式。結合對Foxg1相互作用蛋白的鑑定，我們初步揭示了以Foxg1為中心的調控神經幹細胞發育的分子網路，有助於進一步探究Foxg1在大腦發育以及相關神經系統疾病中的作用，推動對大腦發育的認識和對疾病診療手段的進步。