HuR通过profilin1调控新皮质投射神经元的辐射迁移与定位

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哺乳动物大脑皮层具有形态特征明显,功能分类明确的六层板层结构。在新皮质发育过程中,神经元由位于室管膜区的前体细胞产生,经过多极形态向双极形态转换,沿着辐射胶质细胞的纤维向外运动迁移,最终达到皮层最外侧,并整合到神经网络中。在这一过程中,神经元迁移对于皮层结构的正确建立起着至关重要的作用。因此,研究辐射迁移的调控机制,对于研究神经环路的形成,以及由于神经元迁移异常所导致的疾病,如精神分裂症、癫痫和智力低下等神经系统发育疾病的发病和防治,都具有重要的意义。人类抗原R(Human antigen R,简称HuR)是一种结构高度保守,表达范围广泛的mRNA结合蛋白,在调控mRNA的稳定性、mRNA选择性剪切、mRNA转运和翻译等转录后水平调节方面具有着重要的作用。相关研究表明,HuR缺失对小鼠大脑皮层结构的正确建立有着重要的影响,可以导致不同板层神经元的异常分布,最终造成小鼠大脑皮层变薄。但是HuR调节皮层发育的分子机制,目前仍不清楚。在本研究中,我们首先检测了HuR在小鼠脑发育阶段的时空表达,发现HuR在小鼠胚胎期E15.5-P0天期间表达量较高,之后表达量逐渐降低,此时为新生神经元辐射迁移的高峰期,提示HuR可能在神经元迁移的过程中发挥重要的作用。利用NEX-cre介导的组织特异性突变,敲除E11.5天后产生的兴奋神经元中的HuR,结果表明小鼠皮层厚度变薄,使用CDP、FOXP2和CTIP2分层标记物,发现突变组CDP阳性细胞更多分布在皮层深层,且CDP阳性细胞标记的Ⅱ-Ⅳ层变窄,说明小鼠大脑皮层的结构形成受到影响。随后,在胚胎时期E12.5天和E15.5天孕鼠腹腔注射Brdu标记不同时期产生神经元,E18.5天取脑观察的实验结果也显示,HuR主要是影响E15.5天晚期产生神经元的迁移,对早期E12.5天产生的神经元迁移影响不大。进一步,我们通过RNA干涉和Cre-Lox P体系E15.5-E18.5天敲除HuR,确认HuR缺失会影响晚期产生的皮层兴奋性神经元的辐射迁移,主要表现为形态转换和运动迁移过程中的神经元的迁移速度变慢。对神经前体细胞的增殖和分化、神经元多极到双极的转换过程和神经元运动迁移过程中的形态没有影响。为了揭示HuR调节神经元迁移速度的分子机理,我们通过PCRarray筛选出了在HuR敲除后发生变化的与细胞运动和迁移相关的分子,其中的细胞骨架结合蛋白profilin1表达量显著下调。我们通过RNA-IP实验确定了HuR与profilin1的mRNA之间的直接结合,用双荧光素酶报告基因检测的方法确定了HuR与profilin1的mRNA之间具体结合的部位,并用放线菌素D刺激的方法证明HuR对profilin1具有稳定mRNA的调节作用。profilin1是重要的actin结合蛋白,可以通过结合游离态的G-actin,促进G-actin聚合成纤维状态的F-actin影响细胞运动,我们分析发现在HuR敲除后F-actin/G-actin的比例降低,说明actin的聚合确实受到了影响。单独过表达profilin1会抑制神经元迁移,而共转profilin1则可以补救HuR敲除和敲减所造成的神经元迁移阻滞。综上所述,HuR通过调节细胞骨架分子profilin1的mRNA稳定性影响其蛋白表达水平,进而影响了F-actin的聚合过程,在神经元的辐射迁移过程中发挥作用。
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