Role of inductive signals released by nasal mesenchyme and brain in controlling terminal nerve development and GnRH-1 neuronal migration

鼻间充质和大脑释放的诱导信号在控制终末神经发育和 GnRH-1 神经元迁移中的作用

基本信息

  • 批准号:
    9590917
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 44.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-09-07 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Summary GnRH-1 neurons are essential for sexual competence and fertility in vertebrates. During development, GnRH-1 neurons migrate from the embryonic nasal area into the brain, where they eventually localize to the hypothalamus to control the release of gonadotropins from the pituitary gland. Defects in GnRH-1 migration cause various forms of hypogonadotropic hypogonadism (HH) in humans, which is characterized by delayed pubertal onset, hypogonadism and infertility. HH in humans manifests clinically as either Kallmann syndrome (KS) or normosmic idiopathic HH (nIHH). In KS, HH is associated with deficiencies in the sense of smell. This association led to the long-held, prevailing view that the GnRH-1 neurons migrate from the nose to the hypothalamus along the axons of olfactory and vomeronasal sensory neurons. However, our recent data suggest that the migration of the GnRH-1 neurons to the hypothalamus may rely on the terminal nerve (TN), which is formed by neurons distinct from the olfactory and vomeronasal sensory neurons. KS and nIHH are often associated with several non-reproductive anomalies including craniofacial defects, cleft/lip palate and dental agenesis. Craniofacial mesenchymal tissues play a pivotal role in controlling neuronal development and differentiation in the nasal area. Dysregulations in Sonic Hedgehog signaling can cause various craniofacial abnormalities, including holoprosencephaly, midline defects, cleft lip/palate and dental agenesis. Expression of genes downstream of hedgehog critically depend on interactions with the glioblastoma gene products (Gli) family of transcription factors (Gli1, Gli2, and Gli3). By analyzing whole exome sequencing data from a cohort of 580 patients affected by HH and KS, we identified candidate rare Gli3 point mutations. Our central hypothesis is that loss of Gli3 alters the expression of inductive signals, released by nasal mesenchyme and brain, which are necessary for terminal nerve and GnRH-1 neuronal development. We propose that this mechanism underlies KS and nIHH in humans. By exploiting mouse genetics, cutting edge imaging, human whole genome sequencing, organotypic cultures and site direct mutagenesis experiments, we will discover new mechanisms by which inductive factors modulate the hedgehog-Gli signaling system to control formation of a functional GnRH-1 system in vertebrates. Successful completion of our study will generate crucial clinical information for diagnostics and designing novel therapeutic approaches for KS and nIHH in humans.
总结 GnRH-1神经元对脊椎动物的性能力和生育能力至关重要。在发育过程中,GnRH-1 神经元从胚胎的鼻区迁移到大脑,在那里它们最终定位到大脑。 下丘脑控制垂体释放促性腺激素。GnRH-1迁移缺陷 在人类中引起各种形式的低促性腺激素性性腺功能减退症(HH),其特征在于延迟性 青春期开始性腺机能减退和不育人类HH在临床上表现为卡尔曼综合征或 (KS)或正常嗅觉特发性HH(nIHH)。在KS中,HH与嗅觉缺陷有关。这 这种联系导致了长期以来的流行观点,即GnRH-1神经元从鼻子迁移到鼻子。 下丘脑沿着嗅觉和犁鼻感觉神经元的轴突。然而,我们最近的数据表明, GnRH-1神经元向下丘脑的迁移可能依赖于终末神经(TN), 由不同于嗅觉和犁鼻感觉神经元的神经元形成。 KS和nIHH通常与几种非生殖异常有关,包括颅面缺陷, 唇腭裂和牙齿发育不全。颅面间充质组织在控制神经元的功能中起着关键作用。 鼻区的发育和分化。Sonic Hedgehog信号传导的失调可以导致 各种颅面畸形,包括前脑无裂、中线缺陷、唇/腭裂和牙齿畸形 发育不全Hedgehog下游基因的表达严重依赖于与胶质母细胞瘤的相互作用 基因产物(Gli)转录因子家族(Gli 1、Gli 2和Gli 3)。通过分析整个外显子组测序 从580名患有HH和KS的患者的队列数据中,我们确定了候选的罕见Gli 3点突变。 我们的中心假设是Gli 3的缺失改变了鼻分泌物释放的诱导信号的表达, 间充质和大脑,这是必要的终端神经和GnRH-1神经元发育。我们 提出这种机制是人类KS和nIHH的基础。通过利用小鼠遗传学, 成像,人类全基因组测序,器官型培养和定点诱变实验,我们 将发现诱导因子调节hedgehog-Gli信号系统的新机制, 在脊椎动物中形成功能性GnRH-1系统。成功完成我们的研究将产生至关重要的 用于诊断和设计人类KS和nIHH的新型治疗方法的临床信息。

项目成果

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