转录因子Pax5调控肌动蛋白结合蛋白诱导线粒体凋亡在神经管畸形发生过程中的作用机制研究
批准号:
82101740
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:
刘丹
依托单位:
学科分类:
早期胚胎发育
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘丹
中文摘要
神经管畸形(NTDs)是一类严重的致死性中枢神经系统先天畸形,其发生机制尚不明确。申请者前期发现NTDs胎鼠存在氧化损伤以及线粒体功能障碍。通过iTRAQ技术筛选并验证了肌动蛋白结合蛋白Coro1a、Tagln2和Tpm4在NTDs组低表达。通过软件预测发现Coro1a、Tagln2和Tpm4可能受转录因子Pax5的转录调控,此外三者可能抑制Arp2/3复合体介导的F-actin核化。我们提出假说:由于转录因子Pax5对Coro1a、Tagln2和Tpm4异常调控,降低了对Arp2/3复合体的抑制,促进F-actin核化,导致ROS增加,线粒体损伤,神经细胞凋亡,NTDs发生。本课题将明确Pax5的转录调控作用,分析Coro1a,Tagln2和Tpm4与Arp2/3复合体的作用关系,阐明F-actin核化与线粒体凋亡在NTDs形成中的作用,为NTDs发生提供理论依据以及临床治疗干预靶点。
英文摘要
Neural tube defects (NTDs) are a serious and fatal congenital malformation of the central nervous system. The pathogenesis of NTDs is still unclear. The applicant previously found that NTDs fetal mice had oxidative damage and mitochondrial dysfunction. iTRAQ technology was used to screen and verify the low expression of actin binding proteins Coro1a, Tagln2 and Tpm4 in NTDs group. The software predicted that Coro1a, Tagln2 and Tpm4 may be regulated by transcription factor Pax5. In addition, Coro1a, Tagln2 and Tpm4 may inhibit Arp2/3 complex mediated F-actin nucleation. We hypothesized that the abnormal regulation of transcription factor Pax5 on Coro1a, Tagln2 and Tpm4 can reduce the inhibition of Arp2/3 complex, promote F-actin nucleation, increase ROS accumulation, cause mitochondrial damage, induce neuronal apoptosis, and eventually cause NTDs. This project will clarify the transcriptional regulation of Pax5 on Coro1a, Tagln2 and Tpm4, analyze the relationship between Coro1a, Tagln2 and Tpm4 and Arp2/3 complex, clarify the role of F-actin nuclearization and mitochondrial apoptosis in the formation of NTDs, which will provide an important research basis for revealing the mechanism of NTDs development, and finally find new targets for clinical treatment.
神经管畸形(NTDs)是孕早期胎儿神经管闭合受损所致的严重中枢神经系统先天畸形,其病因及发病机制复杂,给早期预防和治疗带来很大困难。本研究聚焦于NTDs发病机制的深入探索,特别是氧化损伤、线粒体功能障碍及肌动蛋白细胞骨架重塑在其中的作用。研究首先通过维甲酸诱导NTDs动物模型,观察到胎鼠中存在显著的氧化损伤,表现为DNA和脂质氧化损伤标志物含量增加,总抗氧化能力和SOD活性降低。同时,线粒体功能受损,线粒体通透性转换孔(MPTP)开放,导致细胞色素C释放和Caspase级联活化,最终引发神经细胞凋亡。这些发现揭示了氧化损伤和线粒体功能障碍在NTDs发生中的关键作用。进一步的研究聚焦于肌动蛋白细胞骨架重塑在NTDs中的作用。通过蛋白质组学分析和生物信息学预测,我们发现Coro1a、Tagln2和Tpm4这三个肌动蛋白结合蛋白在NTDs胎鼠中表达下调。这三个蛋白参与肌动蛋白的核化过程,通过与Arp2/3复合体的相互作用调节F-actin/G-actin的平衡。在NTDs胎鼠中,Arp2/3复合体表达上调,F-actin核化聚集增多,这与Coro1a、Tagln2和Tpm4的下调导致的对Arp2/3复合体抑制作用的减弱有关。F-actin的持续核化聚集进一步加剧了ROS的释放和线粒体凋亡的发生。为了揭示这些蛋白表达变化的调控机制,我们研究了转录因子Pax5的作用。Pax5在胚胎发育过程中对细胞分化、更新和凋亡具有重要调控作用。我们发现Pax5在NTDs胎鼠中表达降低。通过荧光素酶报告基因分析和染色质免疫共沉淀技术,我们证实了Pax5对这三个肌动蛋白结合蛋白的转录调控作用。在神经干细胞中沉默Pax5基因后,我们观察到Coro1a、Tagln2和Tpm4的表达降低,伴随着Arp2/3复合体表达上调、F-actin核化聚集增多以及线粒体功能进一步受损。这些结果支持了我们的假说,即Pax5通过调控Coro1a、Tagln2和Tpm4的表达诱导线粒体凋亡参与NTDs的发生。综上所述,本研究揭示了氧化损伤、线粒体功能障碍和肌动蛋白细胞骨架重塑在NTDs发病机制中的重要作用,并阐明了Pax5对这三个肌动蛋白结合蛋白的转录调控作用。这些发现为NTDs的临床诊治提供了新的线索和靶点,具有重要的理论和临床应用价值。
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