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背景:细胞周期素依赖性激酶5(CDK5)属丝氨酸—苏氨酸激酶家族,相对分子质量在30~35KD,在不同器官的组织中均有表达,但主要集中在中枢神经系统(CNS)。它是神经细胞发育、分化、迁移及突触形成的重要调节因子,在神经细胞的迁移、分化,突起的生长和突触的形成等方面起着重要作用。它在退行性神经疾病和神经损伤方面也起了一定的作用。Roscovitine是一种嘌呤类似物,它是细胞周期素依赖性激酶的选择性抑制剂。它通过与CDK5竞争性与ATP位点结合而抑制其活性,通过抑制CDK5的过表达而具有神经保护作用。它还具有抑制细胞增殖引起细胞凋亡的作用,因而在抗肿瘤方面也起一定的作用,目前已进入二期临床试验阶段。巢蛋白(Nestin)是相对分子质量为200~240KD的第Ⅵ类中间丝蛋白,发现于脊髓神经管,被认为是神经前体细胞和干细胞的标志物之一。在维持神经前体细胞正常形态和神经细胞的增殖、分化过程中发挥重要调节作用。
目的:研究确认细胞周期素依赖性激酶5(CDK5)在不同年龄组SD大鼠大脑内的分布部位,进一步研究在新生鼠内,抑制剂Roseovitine对CDK5的抑制作用。为深入探讨CDK5对Nestin蛋白的调节作用提供基础资料。
方法:⑴以雄性Sprague—Dawley(SD)为研究对象,实验分为新生鼠、幼年鼠和成年鼠组。利用免疫组织化学染色的方法,明确CDK5在不同年龄组SD大鼠大脑中的分布情况。⑵取24h内SD新生鼠的皮质和海马进行神经元原代培养。实验分Control组、5、10、20μmol/L Roscovitine处理组,细胞接种后24h用Roscovitine对神经细胞进行处理,继续培养24h后提取蛋白。对蛋白进行浓度定量测定,通过Westernblot方法检测不同浓度Roscovitine在未分化神经细胞中对CDK5蛋白表达的调节作用。
结果:①免疫组化观察在新生鼠大脑皮质,幼年鼠和成年鼠大脑皮质、海马、丘脑、下丘脑及纹状体等部位均有CDK5的表达。其中,在新生鼠大脑皮质中CDK5阳性细胞表达量为208.00±19.66;在幼年鼠皮质、海马、丘脑中CDK5阳性细胞表达分别为82.80±5.80、45.60±9.99和56.90±12.40;在成年鼠皮质、海马、丘脑中CDK5阳性细胞表达分别为117.50±14.92、99.90±18.55和111.80±8.34。在大鼠大脑的不同部位及不同年龄组(幼年组和成年组)大鼠间,CDK5表达存在差异,有统计学意义(P<0.05)。在幼年鼠基底前脑的内侧隔核(MS)、斜角带水平支(hDB)和垂直支(VDB)有少量CDK5阳性细胞,而成年鼠基底前脑未见其阳性表达。②与对照组相比,不同浓度Roscovitine处理的细胞,CDK5的表达量均有所减少。且分光光度计蛋白定量测定显示,经5、10、20μmol/L不同浓度Roscovitine处理的细胞,其CDK5蛋白的表达随浓度的增加而逐渐下降。以β—actin为内参,Western blot显示条带逐渐减弱,灰度扫描显示Control、5、10、20μmol/L其相对光密度分别为0.98±0.02、0.87±0.05、0.72±02、0.46±0.06。统计学分析发现Roscovitine处理浓度为5、10、20μmol/L时的CDK5表达与对照组差异具有统计学意义(P<0.05),且CDK5的表达量呈浓度依赖性下降。
结论:⑴在SD大鼠大脑中,CDK5主要分布在大脑皮质、海马及丘脑部位,在下丘脑及纹状体等部位也有表达;在幼年组基底前脑有少量CDK5表达,但在成年鼠基底前脑的神经元中未见CDK5表达。这可能表明,在发育过程中基底前脑的CDK5表达呈下降趋势。也提示在成年鼠的成熟神经元中CDK5与Nestin蛋白可能并无直接调节机制。⑵24h内新生鼠取材,原代神经元培养后发现Roscovitine处理后,CDK5的表达量随处理浓度的升高而逐渐下降。表明在神经细胞增值、分化和迁移过程中,Roscovitine对CDK5的表达存在抑制作用。通过这种调节作用,可以进一步研究CDK5对Nestin的调节作用,尤其是对其的磷酸化作用。⑶CDK5在SD大鼠大脑的不同部位均有分布,它在中枢神经系统的表达具有一定的神经功能作用,尤其是对细胞骨架相关蛋白。由于CDK5与Nestin表达于不同的部位,因而他们直接的相互作用还有待于进一步的研究。而在对24h内的新生鼠神经元原代培养发现Roscovitine对CDK5蛋白表达存在抑制作用,为进一步研究CDK5在神经细胞分化过程中的功能作用提供了手段,有利于进一步研究CDK5与相关蛋白(Nestin)的相互作用。