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哺乳动物大脑皮层是神经系统最为复杂的区域,行使着重要的认知功能。成年的大脑皮层包含六层结构,由大量投射神经元、中间神经元和胶质细胞组成,其中投射神经元是主要的功能单位,其产生及迁移在时空上受到精密调控,但具体机制还有待被挖掘。近年来的研究发现,长链非编码RNA（lncRNA）可参与多种生物过程调控。大脑中表达的lncRNAs具有较高的保守性以及特异的表达谱,提示很可能对大脑的发育起重要调控作用,但是缺乏相关研究。本实验室通过转录组分析鉴定出一对基因组位置上相邻且转录方向相反的基因——长非编码RNALnc-Fbxl10及蛋白编码基因Fbxl10的长异构体（Fbxl10-LF）,它们在发育中的小鼠大脑皮层中具有相似的表达谱,提示Lnc-Fbxl10可能调控Fbxl10-LF的表达。在小鼠神经前体细胞（Neural progenitor cell,NPC）和小鼠神经母细胞瘤细胞系N2a中敲低Lnc-Fbxl10会导致Fbxl10-LF的m RNA水平下调。进一步在小鼠胚胎干细胞插入多聚腺苷化（poly A）序列以提前终止Lnc-Fbxl10的转录,发现该操作也显著下调了Fbxl10-LF的表达水平。此外Nuclear run-on分析证明,Lnc-Fbxl10正调控Fbxl10-LF新生m RNA的转录水平,表明了Lnc-Fbxl10可顺式激活Fbxl10-LF的表达。为检验Lnc-Fbxl10转录产物是否具有激活基因表达的内在能力,我们通过Gal4-λN/BoxB报告系统发现Lnc-Fbxl10 RNA的5’端保守序列具有激活功能。随后通过RNA pull down及质谱鉴定出与之结合的蛋白——hnRNPAB。敲低Hnrnpab也可下调Fbxl10-LF的表达,提示Lnc-Fbxl10可能通过与hnRNPAB相互作用,共同激活Fbxl10-LF的转录。FBXL10-LF瞬时表达于大脑皮层分化中的中间神经前体细胞和新生神经元中,利用Fbxl10-LFCre ERT2/+基因敲入小鼠与Ai14报告小鼠进行谱系追踪,发现Fbxl10-LF在大脑皮层中标记的细胞后代主要为投射神经元。为研究FBXL10在小鼠大脑皮层中的功能,我们对Fbxl10-LFCre ERT2/Cre ERT2小鼠以及Fbxl10 CxxC结构域删除的条件性敲除小鼠(Nestin-Cre;Fbxl10f/f,称为Fbxl10 cKO小鼠)进行了表型分析。Fbxl10-LFCre ERT2/Cre ERT2小鼠大脑皮层发育过程无明显异常,这可能由于Fbxl10-LF没有被完全敲除导致。Fbxl10 cKO新生小鼠与野生型相比大脑皮层轻微变薄,统计分析表明神经前体细胞数目无变化,但SATB2+浅层及CTIP2+深层投射神经元的迁移发生了改变。由于Lnc-Fbxl10可正调控Fbxl10-LF的表达,且它们均瞬时表达于皮层分化中的中间神经前体细胞和新生神经元中,我们猜测Lnc-Fbxl10与Fbxl10-LF可能在大脑皮层神经元分化过程中发挥相似的功能。在体外培养的小鼠神经前体细胞中,敲低Lnc-Fbxl10或Fbxl10-LF均能促进神经前体细胞的增殖并阻碍神经元的分化。通过小鼠子宫内电穿孔（IUE）实验发现,敲低Lnc-Fbxl10或Fbxl10-LF均能促进神经前体细胞的自我更新并导致投射神经元的分化及迁移受阻,更重要的是敲低Lnc-Fbxl10引起的表型可通过过表达FBXL10-LF得到回复。此外,敲低Hnrnpab导致的表型也与敲低Fbxl10-LF相似,再次验证了Lnc-Fbxl10可能与hnRNPAB共同调控Fbxl10-LF的表达,进而促进小鼠大脑皮层投射神经元的分化和迁移过程。为探究FBXL10-LF促进投射神经元分化的分子机制,我们构建了FBXL10-LF各结构域突变或缺失的表达载体,应用小鼠子宫内电穿孔发现,FBXL10-LF促进神经元发生依赖于其LRR结构域。为鉴定与LRR结构域相结合的蛋白,在N2a细胞中过量表达FBXL10-LF全长或LRR缺失体,随后进行免疫共沉淀及质谱发现FBXL10-LF通过其LRR结构域结合DNA复制起始复合物成分——MCM复合物。敲低其中一个亚基MCM2导致皮层神经前体细胞的自我更新能力减弱,这与敲低Fbxl10-LF的表型相反,更重要的是敲低Mcm2的表达能回复过表达FBXL10-LF-ΔLRR导致的神经元分化不良的表型。由此我们推测FBXL10-LF可能通过LRR结构域结合并拮抗MCM复合物的功能,通过影响细胞周期来调控小鼠大脑皮层的神经元分化。为了阐明FBXL10在大脑皮层神经元发生中所介导的信号通路,我们运用CRISPR/Cas9技术构建了Fbxl10基因敲除小鼠(Fbxl10-/-小鼠)。Fbxl10-/-小鼠表现出严重的发育迟缓以及神经管闭合不全。对E9.5天小鼠胎脑进行RNA-Seq分析发现,Fbxl10-/-小鼠中氧化磷酸化相关基因的表达量上升,而糖酵解及线粒体组装相关基因的表达量下降。更重要的是,FBXL10-LF很可能依赖其LRR结构域调控线粒体的动力平衡,且敲低Lnc-Fbxl10或Fbxl10-LF均会导致细胞的氧化磷酸化水平下调。由于线粒体的形态与细胞代谢状态密切相关,由此可推测,Lnc-Fbxl10及FBXL10-LF也可能通过调控线粒体动力学来影响细胞氧化磷酸化水平,进而调控神经前体细胞的命运。本论文中,我们研究了长非编码RNALnc-Fbxl10及其相邻蛋白编码基因Fbxl10-LF在小鼠大脑皮层神经元发生中的功能,并揭示了Lnc-Fbxl10调控Fbxl10-LF以及FBXL10-LF的下游分子机制,加深了对于大脑皮层发育机制的理解。