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Foxg1在有丝分裂后神经元亚型特化中的功能研究

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Foxg1在有丝分裂后神经元亚型特化中的功能研究

The role of Foxg1 in the postmitotic specification of cortical projection neurons

Abstract

主要英文缩写词

第一章文献综述

1. 新皮质投射神经元亚型的多样性

2. 新皮质投射神经元产生的时序性及其皮层定位

2.1前体细胞的多样性

2.2新皮质投射神经元的有序产生和命运获得

3. 有丝分裂后神经元亚型特化的转录调控机制

3.1 离皮质投射神经元CFuPN的特化调控

3.2 胼胝体投射神经元CPN亚型特化调控

3.3 Sox家族在皮层投射神经元亚型特化中的作用

4. Foxg1可能参与调控有丝分裂后神经元特化

4.1 Foxg1的生物学特性

4.2 Foxg1突变与多种神经发育缺陷性疾病相关

4.3 Foxg1可能在皮质投射神经元亚型特化中起重要作用

第二章 材料与方法

1 材料

2. 实验方法

第三章 实验结果

1. 在有丝分裂后神经元中条件性敲除Foxg1

1.1 有丝分裂后神经元中条件性敲除Foxg1的策略

1.2 Foxg1敲除效率的验证

2 条件性敲除Foxg1后,CPN减少, CFuPN特化缺陷,

2.1 敲除Foxg1后,CPN剧烈减少

2.1 敲除Foxg1后,CFuPN无法正常有序分化产生SCPN和CThPN

3 Birthdating实验证明敲除Foxg1导致有丝分裂后神经元亚型特化异常

3.1 E12.5长时birthdating实验证明CThPN无法正常分化

3.2 E13.5长时birthdating实验证明SCPN无法正常分化

3.3 E15.5长时birthdating实验证明皮质板上CPN剧烈减少

4 敲除Foxg1后,前体细胞库及其增殖分裂能力无明显变化

4.1 E12.5瞬时birthdating实验检测发现E12.5前体细胞库及增殖能力无明显变化

4.2 E15.5瞬时birthdating实验检测发现E15.5前体细胞库及增殖能力无明显变化

5 Foxg1敲除导致胼胝体投射缺失和皮质深层神经元投射异常

6 Foxg1可能通过调控Sox基因转录表达调控神经元亚型特化

6.1 敲除Foxg1后,Sox5表达缺失

6.2 敲除Foxg1后,Sox4和Sox11表达降低

第四章 小结和讨论

1 Foxg1在CFuPN特化中发挥重要作用

2 Foxg1可能通过调控Sox基因转录表达调控神经元亚型特化

1.1 Foxg1可能通过调控Sox5参与调控CFuPN的有序分化

1.2 Foxg1可能通过调控Sox4和Sox11调控神经元亚型的特化

3 Foxg1在CPN亚型特化中发挥重要作用

4 Foxg1与疾病

参考文献

作者简介

致谢

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摘要

大脑皮质作为哺乳动物大脑中最复杂的结构,具有多种神经元亚型。新皮层具有典型的六层结构,每层神经元都有其独特的形态、电生理特性和轴突投射模式,在神经发育过程中,特定类型神经元的精确产生、定位和联系形成是大脑皮层发挥功能的关键,其中深层和浅层的胼胝体投射神经元轴突,越过中线,投射至对侧半球,完成两半球之间的信息整合;深层L5和L6的离皮质投射神经元主要与皮质下结构形成联系,完成信息反馈和行为调节。研究发现,多种神经发育缺陷疾病如精神分裂症、自闭症、Rett综合征等都伴有皮质神经元亚型特化和联系形成的缺陷,但其具体作用机制有待进一步研究。 在皮质神经发生过程中,转录调节因子Foxg1持续在有丝分裂后神经元中表达,直至成年,提示其在有丝分裂后神经元亚型特化过程中发挥重要作用。Foxg1基因突变与多种神经疾病相关,携带该基因突变的患者出现胼胝体发育不全,运动刻板等症状,统称为Foxg1综合征,在本研究中,利用Nex-Cre和Foxg1fl/fl小鼠通过条件性基因敲除策略在有丝分裂后神经元中敲除Foxg1,探讨其在有丝分裂后神经元亚型特化中的作用,这对认识Foxg1综合征发生发展机制具有重要意义。 首先检测了Foxg1敲除后对于三类神经元发育的影响。敲除Foxg1之后,发现同对照相比,mutant小鼠中Satb2+神经元剧烈减少,Ctip2和Tbr1持续表达在离皮质投射神经元中,无法形成层特异性表达模式,Ctip2+细胞和Tbr1+细胞数增多,以及Ctip2+Tbr1+细胞在Tbr1+细胞和Ctip2+细胞中比例都显著增加,提示Foxg1可能调控投射神经元特化。 其次,通过分别在皮质丘脑投射神经元、皮质脊髓投射神经元和胼胝体投射神经元产生的高峰期E12.5、E13.5和E15.5腹腔注射BrdU进行长时birthdating实验检测,发现持续表达Ctip2和Tbr1,无法正常分化形成Ctip2+脑下投射神经元和Tbr1+皮质丘脑投射神经元,E15.5产生的本应特化形成Satb2+胼胝体神经元的BrdU+新生神经元异常堆积在皮层下方,无法迁移进入皮质板,正常表达Brn2,弱表达Satb2。以上结果表明敲除Foxg1导致离皮质投射神经元特化异常。 紧接着又通过瞬时birthdating检测有丝分裂后敲除Foxg1对前体细胞的反馈影响,结果发现,E12.5和E15.5前体细胞库和其增殖能力均无明显变化。 接下来通过Ai9-RFP报告基因检测Foxg1的缺失对皮层神经元投射的影响,结果表明,胼胝体投射神经元向对侧半球的投射纤维缺失,深层神经元投射纤维在腹侧端脑导向异常,向丘脑的投射缺失,L1+轴突在腹侧端脑分布紊乱。 最后,检测了可能与Foxg1相互作用的调控分子,结果发现,Sox5在蛋白水平和mRNA水平表达都明显下降,原位杂交显示Sox4和Sox11在皮质板和增殖区的表达明显下调。 这些结果表明,有丝分裂后敲除Foxg1后,胼胝体投射神经元数目剧烈减少,胼胝体投射神经元和离皮质投射神经元亚型特化异常;前体细胞库和其增殖能力没有变化,即胼胝体投射神经元数目的剧烈减少不是前体细胞的影响,而是亚型特化异常所导致的;胼胝体投射神经元向对侧的投射纤维发育缺陷,皮层深层神经元向皮质下的投射纤维减少,轴突导向异常,丘脑皮层投射轴突分布紊乱,表明Foxg1对于皮层神经环路的正确建立是必须的;Sox家族因子(Sox5、Sox4、Sox11)表达降低,提示Foxg1可能与Sox家族相互作用,从而调控有丝分裂神经元的亚型特化。上述结果有助于理解Foxg1综合征的发生发展机制,以及Foxg1在皮层神经元发育特化中的作用,具体的作用机制尚在进一步解析之中。

著录项

  • 作者

    周凯星;

  • 作者单位

    东南大学;

  • 授予单位 东南大学;
  • 学科 生物学
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 赵春杰;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    有丝分裂; 神经元; 亚型;

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