神经元通过Dlk1抑制少突胶质细胞分化的机制
批准号:
32100767
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
景波
依托单位:
学科分类:
分子与细胞神经生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
景波
中文摘要
神经元信号调控少突胶质细胞分化和髓鞘形成的机制并不清楚。少突胶质细胞分化和髓鞘形成障碍可以引发严重的脑疾病。我们首次发现,Rheb1/mTORC1活性下调会激活Dlk1的表达,进而抑制少突胶质细胞分化和髓鞘形成。Dlk1转录形成不同的剪接体,包括膜结合型mDLK1蛋白和分泌型sDLK1蛋白,后者可以分泌到细胞外,抑制多种细胞分化。本项目将解析神经元分泌的sDLK1在少突胶质细胞分化中的作用机制。前期结果支持科学假设:神经元分泌的sDLK1与少突胶质细胞膜上的mDLK1相互作用,启动下游信号通路,抑制了少突胶质细胞的分化。我们计划采用体外OPC分化体系、OPC中mDLK1被敲除并同时敲入sDLK1蛋白编码基因的转基因小鼠,和mDLK1-BioID2邻近蛋白标记技术,研究DLK1同型相互作用及相关的细胞内信号通路在少突胶质细胞分化中的调控机制。本项目的完成将为治疗病理性的髓鞘缺陷提供新思路。
英文摘要
How neuronal signals regulate OL differentiation and myelination is poorly understood. Suppressed differentiation of oligodendrocytes and hypomyelination can cause serious brain disease. Our previous study showed when neuronal Rheb/mTORC1 activity is impaired, it activates the expression of Dlk1, which we show is a novel inhibitor of oligodendrocyte formation and brain myelination. Dlk1 is a type I transmembrane protein but can be cleaved to release the ectodomain of the protein as a soluble factor to inhibit cell differentiation. This proposal examines how neuron-derived Dlk1 inhibits oligodendrocyte differentiation. We hypothesize that the sDLK1 (secretory DLK1 protein) secreted by neurons acted on oligodendrocyte precursor cells to initiate a signaling cascade that may involve membrane-anchored oligodendrocyte mDLK1 (membrane-bound DLK1 protein) as a co-receptor. Using OPC in vitro differentiation system, transgenic mice with sDLK1 encoded gene knock-in and endogenous Dlk1 knock-out, and mDLK1-BioD2 proximal protein labeling techniques, this proposal will examine the mechanism of neuronal control to oligodendrocyte differentiation by Dlk1. This study will enable the development of new molecular targets for the treatment of pathological myelin deficit.
少突胶质细胞特化的细胞膜包裹神经元的轴突,形成髓鞘,起到隔离轴突和提供营养支持的作用。少突胶质细胞分化受阻以及髓鞘发育障碍可以引起严重的脑疾病。神经元来源的Dlk1是一个我们发现的、受Rheb-mTORC1活性调控的少突胶质细胞分化的抑制因子,但Dlk1调控少突胶质细胞分化的机制尚需研究。通过本项目,我们逐步解析了神经元来源的Dlk1信号对于少突胶质细胞分化和髓鞘发育的作用及相关细胞分子机制。通过多个品系的神经元特异性条件敲除小鼠(Rhebf/f; CamKⅡ-Cre小鼠,mTorf/f; CamKⅡ-Cre 小鼠和Raptorf/f; CamKⅡ-Cre小鼠),我们明确了Rheb-mTORC1信号对于少突胶质细胞分化和大脑髓鞘发育的重要作用,并且明确了Dlk1是神经元中Rheb-mTORC1信号发挥该功能的效应分子:①在Rheb-mTORC1信号失活后Dlk1异常升高;②神经元中异常升高的Dlk1可以导致少突胶质细胞分化障碍和髓鞘发育障碍;③在Rhebf/f; CamKⅡ-Cre小鼠中敲除Dlk1可以部分挽救其髓鞘发育障碍表型。Dlk1通常只表达来自父亲的等位基因,根据来自等位基因特异性报告小鼠的数据,我们排除了Dlk1异常升高是由于来自母亲的等位基因表达。大脑中的DLK1蛋白以两种形式存在:膜结合形式的mDLK1 蛋白(membrane-bound form DLK1)和可以分泌到细胞外的sDLK1蛋白(secretory DLK1),进一步的,我们解析了不同形式的DLK1蛋白在少突胶质细胞分化中的作用:我们发现神经元特异性sDLK1过表达小鼠大多数没有髓鞘发育障碍(只有不到20%的小鼠有髓鞘发育障碍),与之相对,神经元特异性mDLK1过表达小鼠表现出显著的髓鞘发育障碍。我们设想表达在神经元胞体和树突上的mDLK1蛋白以一种邻分泌形式(juxtacrine manner)发挥作用。我们初步排查了Dlk1发挥髓鞘发育调控功能的下游分子/通路,但是尚未明确和DLK1蛋白直接相互作用的蛋白。鉴于已经发现的Dlk1的重要作用,我们需要更有针对性地继续挖掘其下游分子信号通路。项目负责人为共同通讯作者和共同第一作者的Cell Reports论文已在执行期内发表并致谢了本项目。
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