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精确的细胞迁移是脑组织正常发育以及神经网络构建的生物学基础,发育中细胞迁移的异常影响神经细胞定位与功能。尽管神经细胞迁移相关的研究已有不少报道,但是对神经细胞迁移调控网络的认识尚不全面。本文对神经细胞迁移调控方式的研究,可以为由于细胞迁移异常导致的神经系统疾病提供理论依据。MARVELD1是课题组前期研究发现的一个定位于细胞核的蛋白,研究最初主要集中于在肿瘤发生发展中的调控功能,并发现MARVELD1通过调控ITGB1和ITGB4的表达平衡,进而影响肿瘤侵袭和转移。其基因及蛋白质在灵长类及小鼠中高度保守,鼠源MARVELD1在小鼠胚胎期脑组织分化发育阶段呈现随分化发育高表达的动态过程,由此提示MARVELD1在脑组织的神经分化发育中发挥重要的作用。基于以上发现,结合理论分析,本研究使用MARVELD1基因敲除的小鼠为模型,采用行为学实验、组织形态学检测以及分子生物学技术,并通过构建Nestin和GFAP条件性敲除小鼠,研究了MARVELD1对脑神经细胞分化发育的影响及其调控机制。本研究首先采用转棒实验、跑步机实验、步态分析实验和水迷宫实验,发现MARVELD1敲除小鼠存在认知和运动平衡能力的异常。此外,热刺痛实验表明MARVELD1敲除小鼠的痛觉传导与反应能力迟钝。这种异常改变从6-8周龄的MARVELD1敲除鼠便已经出现,到10月龄小鼠中持续存在。进一步利用HE染色分析10月龄小鼠大脑皮层的组织形态,发现MARVELD1敲除鼠大脑皮层的层次紊乱,神经细胞排列异常。通过免疫组化、TUNEL染色和透射电镜等技术,分析青年鼠和老龄鼠的大脑皮层和小脑组织的神经元特征,发现MARVELD1敲除小鼠的大脑皮层和小脑中神经元出现萎缩或凋亡,并伴有神经突触数量的减少。以上结果表明MARVELD1可以调控大脑皮层和小脑神经元的成熟和凋亡,进而影响小鼠的行为和认知能力。在上述研究基础上,本文又检测了MARVELD1敲除鼠发育期的大脑皮层和小脑的组织结构,发现MARVELD1敲除鼠神经细胞定位紊乱,并且在小脑发育期间,小脑组织形态和颗粒细胞辐射状迁移呈现异常。此外,Brdu标记实验结果证实MARVELD1影响发育期间小脑颗粒细胞的迁移,但是对颗粒细胞的增殖没有影响。免疫组化等实验结果提示MARVELD1影响了小脑浦肯野细胞的成熟和浦肯野纤维的发育,并且调控了胶质细胞的定位和胶质纤维的形成。这些结果提示MARVELD1调控了小脑颗粒细胞的辐射状迁移,并且影响了浦肯野细胞和胶质细胞的发育。为进一步研究MARVELD1影响神经细胞迁移的调控方式,本研究构建了Nestin-cre/MARVELD1fl/fl和GFAP-cre/MARVELD1fl/fl的条件性敲除鼠。Nestin-cre/MARVELD1fl/fl小鼠小脑组织的形态结构也出现了与MARVELD1敲除鼠类似的异常改变,包括颗粒细胞定位异常和浦肯野细胞萎缩。通过对GFAP-cre/MARVELD1fl/fl小鼠的研究,发现MARVELD1在胶质细胞中的缺失同样可以引发小脑组织的发育异常,包括浦胶质纤维的异常发育。这些研究结果显示MARVELD1可以通过影响胶质纤维的发育进而调控神经细胞的辐射状迁移。为了分析MARVELD1影响脑神经细胞辐射状迁移的分子机制,本文进一步通过蛋白质免疫印迹、RT-PCR和免疫荧光技术探讨了该基因调控细胞迁移的分子基础,结果发现MARVELD1缺失后小脑组织发育期的ITGB1/p-FAK通路被激活。体外小脑神经球培养与检测结果显示,MARVELD1缺失可引发原代神经元迁移紊乱,细胞迁移速度增快且无方向性,抑制ITGB1/p-FAK通路后,神经元的异常迁移得以恢复。GFAP-cre/MARVELD1fl/fl小鼠中的研究表明,MARVELD1通过胶质细胞可以调控神经细胞中的ITGB1/p-FAK通路,进而影响神经细胞的辐射状迁移。综上所述,本研究的结果表明MARVELD1通过影响胶质纤维发育并介导ITGB1/p-FAK通路影响神经细胞辐射状迁移,进而影响脑部发育。本文通过研究MARVELD1在脑发育中的作用及其机制,解析了MARVELD1调控小鼠脑部细胞迁移及成熟分化的分子基础,揭示影响脑部分化发育和小鼠行为的新的调控机制。此项研究也完善了对MARVELD1调控脑部发育的认识。