脑皮质投射神经元极性建立过程中的肌动蛋白细胞骨架调控解析

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31471046
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    88.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0902.发育与衰老神经生物学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The neural circuit formation and function of cerebral cortex are determined by a highly-laminated structure that contains six layers. Different subtypes of glutamatergic projection neurons reside in each layer, forming distinct lamina-specific cortical and subcortical connections. The precise positioning of these projection neurons is directed by radial migration of newly born neurons from the ventricular zone. Importantly, a neuronal polarization process of the newly born neurons, i.e. multipolar-to-bipolar transition, is a determining step for the initiation of radial migration. The failure of the establishment of the bipolar polarity normally stalls radial migration, hence leading to misplacement of the neurons and impairment of cortical function. Disruption of neuronal migration is among the most common causes of cortical malformation disorders and is associated with neuropsychiatric diseases such as schizophrenia and autism. Nonetheless, the molecular control of multipolar-to-bipolar transition still remains to be fully understood. The applicant's research focuses on the molecular basis of neuronal polarization and radial migration, and has contributed a great deal to the understanding of the regulation of actin cytoskeleton. The proposed project aims to thoroughly analyze the dynamics and regulation of actin cytoskeleton during multipolar-to-bipolar transition. Using in utero electroporation approach to label newly born neurons, we will examine F-actin distribution and dynamics, and assess how polymerization/depolymerization of actin affect the polarization of these neurons. Furthermore, we will design an siRNA library of actin regulators (including actin-binding proteins, Rho GTPase signaling proteins and scaffold proteins), and conduct high content screening for important regulators during polarization. We will also prepare PCR array plates to analyze whether the gene transcription of these regulators is controlled during neuronal polarization or by extracellular signals. The findings of the proposed project will not only contribute to a better understanding of the molecular mechanism of critical developmental step during cortical lamination, but also provide new insights into the study of neurological diseases related to impaired corticogenesis.
大脑皮质是一个多层结构,各层有形态和功能特异的投射神经元,由胚胎不同时期脑室区新生的神经元放射性迁移而来。放射性迁移起始的一个决定步骤是新生神经元由多极向双极形态转变的极化过程。该极性建立的失败通常导致投射神经元错误定位和脑皮质功能紊乱,并与脑皮质发育疾病相关。本课题组前期对神经元极化和放射性迁移的分子机制已有一定研究积累,并揭示了数条肌动蛋白细胞骨架的调控通路。在此基础上,本项目拟通过子宫内电穿孔技术标记胎鼠脑室区的新生神经元,观察其在极性建立时肌动蛋白细胞骨架的动态变化特征,并明确肌动蛋白的聚集或解聚对极性建立的调控作用。拟进一步通过高内涵筛选及荧光定量PCR手段筛查极性建立时重要的肌动蛋白调控因子(如肌动蛋白结合蛋白或Rho 家族小G蛋白通路蛋白等),并探索不同胞外信号对这些因子的调控作用。研究结果将有助于明确脑皮质片层化构筑的重要发育步骤,并为寻找脑皮质发育疾病的分子靶点提供线索。

结项摘要

神经元发育的多个阶段受到肌动蛋白细胞骨架的严格调控,而Rho GTPases是肌动蛋白细胞骨架的关键调节因子。Rho GTPases活性的时空调节对神经元的发育至关重要,而其参与通路的异常改变与多种神经精神疾病密切相关。本项目研究Rho GTPases的两种鸟苷酸置换因子Arhgef1和Dock4(分别激活RhoA和Rac1),通过对大脑皮层、海马等部位的形态及体外培养的神经元展开研究,明确该两个因子在神经元发育过程中的作用及其调控Rho GTPases的分子机制。在第一部分,发现Arhgef1在脑皮层发育早期高度表达,且其表达主要集中在神经前体细胞和早期发育的神经元中。通过loss-of-function和gain-of-function方法在体外培养的皮层神经元中研究,发现Arhgef1的表达量与神经突起的生长呈负相关,说明该蛋白是神经突起发育的负调控因子。机制研究发现,Arhgef1中激活RhoA的结构域对于其抑制神经突起的作用必不可少,并通过RhoA抑制剂及过表达不同活性RhoA蛋白的方法证实RhoA激活的确是Arhgef1作用的下游机制。进一步地,发现cofilin抑制和肌动蛋白聚集是Arhgef1-RhoA的下游机制。在第二部分,研究Dock4敲除小鼠的脑皮层和海马区的结构及神经元形态及功能的改变。结果发现,敲除鼠的侧脑室空腔呈现一定程度上增大,脑皮质厚度正常,但不同皮层片层的细胞数有所改变,如Cux1 阳性的II-IV 层和Ctip2阳性的V 层细胞数有所增多。在体外培养的皮层神经前体细胞中,发现干扰Dock4后促进细胞增殖、抑制分化。在海马区的研究发现,齿状回和CA1区的神经元树突棘密度显著减少,并伴随突触可塑性下降。这些研究有助于揭示Rho GTPases在脑发育中的时空调控模式,并为进一步研究脑发育-行为关系提供证据。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(7)
专利数量(1)
Balanced Rac1 activity controls formation and maintenance of neuromuscular acetylcholine receptor clusters
平衡的 Rac1 活性控制神经肌肉乙酰胆碱受体簇的形成和维持。
  • DOI:
    10.1242/jcs.215251
  • 发表时间:
    2018-08-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF CELL SCIENCE
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Bai, Yanyang;Guo, Daji;Shi, Lei
  • 通讯作者:
    Shi, Lei
7-(4-Hydroxy-3-methoxyphenyl)-1-phenyl-4E-hepten-3-one alleviates Abeta1-42 induced cytotoxicity through PI3K-mTOR pathways.
7-(4-羟基-3-甲氧基苯基)-1-苯基-4E-hepten-3-one 通过 PI3K-mTOR 途径减轻 Abeta1-42 诱导的细胞毒性。
  • DOI:
    10.1016/j.bbrc.2017.01.125
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Biochem Biophys Res Commun
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiao Hanlin;Zhang Qinghua;Peng Yinghui;Tang Genyun;Liao Yumei;Zhuang Xiaoji;Ye Wen-Cai;Wang Ying;Shi Lei
  • 通讯作者:
    Shi Lei
Design and Synthesis of Dimeric Securinine Analogues with Neuritogenic Activities
具有神经刺激活性的二聚叶秋碱类似物的设计和合成。
  • DOI:
    10.1021/acschemneuro.6b00188
  • 发表时间:
    2016-10-01
  • 期刊:
    ACS CHEMICAL NEUROSCIENCE
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Tang, Genyun;Liu, Xin;Chen, Wei-Min
  • 通讯作者:
    Chen, Wei-Min
Arhgef1 negatively regulates neurite outgrowth through activation of RhoA signaling pathways. 封面文章
  • DOI:
    10.1002/1873-3468.12339
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    FEBS Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Xiaoliang Xiang;Shengnan Li;Xiaoji Zhuang;Lei Shi
  • 通讯作者:
    Lei Shi
Arhgef1 is expressed in cortical neural progenitor cells and regulates neurite outgrowth of newly differentiated neuronsArhgef1 is expressed in cortical neural progenitor cells and regulates neurite outgrowth of newly differentiated neurons
Arhgef1 在皮质神经祖细胞中表达,调节新分化神经元的神经突生长 Arhgef1 在皮质神经祖细胞中表达,调节新分化神经元的神经突生长
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Neuroscience Letters
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Xiaoliang Xiang;Xiaoji Zhuang;Shengnan Li;Lei Shi
  • 通讯作者:
    Lei Shi

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其他文献

蜂猴属(Nycticebus)猴类的研究和保护
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    云南师范大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余梁哥;陈敏杰;杨士剑;师蕾
  • 通讯作者:
    师蕾
间充质干细胞在骨髓增生异常综合征发病机制中的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    诊断学理论与实践
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    师蕾;常春康
  • 通讯作者:
    常春康
高危骨髓增生异常综合征:移植时机的选择
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    临床血液学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    师蕾;常春康
  • 通讯作者:
    常春康
利用红外相机调查屏边县大围山倭蜂猴、 蜂猴及同域兽类
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    四川动物
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余梁哥;陈敏杰;杨士剑;李学友;师蕾
  • 通讯作者:
    师蕾
PI3K/Akt signaling pathway regulates retinoic acid-induced neurite differentiation of Neuro-2a cells
PI3K/Akt信号通路调节视黄酸诱导的Neuro-2a细胞神经突分化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国科技论文
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖艳归;师蕾
  • 通讯作者:
    师蕾

其他文献

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师蕾的其他基金

ARHGEF1通过抑制皮层早期PAK1通路调控神经元发育进而决定运动皮层功能的机制研究
  • 批准号:
    82371175
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    82071535
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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