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Title: 1、MARCKS调节神经元树突发育及机制的研究。2、胚胎期的第三脑室放射状胶质细胞分化成星型胶质细胞
Author: 李海民
Degree Level: 博士
Issued Date: 2008-10-15
Degree Grantor: 中国科学院上海生命科学研究院
Place of Degree Grantor: 上海生命科学研究院
Supervisor: 段树民
Keyword: 树突发育 ; MARCKS ; Filopodia ; Actin ; PI(4 ; 5)P2
Alternative Title: 1.Actin filament assembly by MARCKS- PI(4,5)P2 signaling is critical for dendrite branching 2.Embryonic radial glia cells generate astrocyte in 3rd ventricle
Major: 神经生物学
Abstract: 1.神经元有非常复杂和独特的形态,它的轴突通常需要生长和延伸很长的距离到达它所支配的位置, 树突也会形成复杂的树突野来接受、整合多种信号的输入。神经系统行要使正常功能,首先需要神经元之间建立正确的突触联系。树突的分枝模式决定了它接受到到的不同脑区的神经元轴突的投射,以及形成突触的数量。因此,树突复杂的形态是行使功能的结构基础,研究树突的发育机制是神经生物学中的一个非常重要的问题。 神经元的形态是由细胞骨架支撑和维持的。细胞骨架成分中的微丝蛋白(actin)对于神经元树突的发育起了关键的作用。在细胞内有很多蛋白分子调节了细胞骨架重构,微丝蛋白结合蛋白(actin-binding proteins ,ABPs)就是其中非常重要的一类,而磷脂酰肌醇分子,尤其 PI(4,5)P2是细胞内最常见和有效的ABPs调节分子。PI(4,5)P2位于细胞内膜上,目前认为它在细胞膜上的含量主要受两种方式调节:局部合成和内膜上的积聚。细胞积聚模型认为PI(4,5)P2在膜内的聚集是调节它在细胞内含量度的主要方式,而其中Myristoylated, alanine-rich C kinase substrate (MARCKS)蛋白则是调节PI(4,5)P2浓度的最重要的分子。MARCKS最初是作为protein kinase C (PKC)的底物被发现的,后来发现它在细胞内有多种功能。MARCKS蛋白在大脑中的表达量非常高,基因剔除实验表明MARCKS对神经系统的发育是必须的。虽然以前的实验证实MARCKS在神经系统的早期发育中有非常重要的作用,但其具体的作用机制还不清楚。在本实验中我们发现当原代培养的海马神经元转染MARCKS分子时,神经元细胞的树突的分枝数和总长度明显增加。当用RNA干扰(RNAi)的方法降低内源性MARCKS的表达时,神经元发育异常,树突的分枝数明显减少。利用胚胎期脑内电转染的方法表明,MARCKS在体内也具有调节神经元细胞树突发育的作用。转染MARCKS不同突变体后发现,只有当它和细胞膜结合的时候才具有促进树突分枝的作用。Filodpodia是一种富含微丝蛋白的动态变化的结构,也是神经元新生分枝的前体结构。在早期的神经元中MARCKS是通过增加新生filopodia的数量和长度来相应的增加新生分枝数量的。我们还发现,MARCKS对filopodia的调节作用是通过PI(4,5)P2的介导实现的。 2.在脊椎动物的中枢神经系统发育过程中,放射状胶质细胞是胚胎出现的一种非神经元类型的细胞。放射状胶质细胞的胞体通常位于脑室层,从胞体伸出的长长的突起,贯穿整个脑区到达脑表层的基膜。传统上认为放射状胶质细胞的功能是作为神经元迁移的支架,但近年来的研究发现它还是中枢神经系统中神经元和胶质细胞的前体干细胞。放射状胶质细胞广泛出现于胚胎期中枢神经系统的各个区域,并且在各个区域表现出不同的性质。如端脑腹侧的放射状胶质细胞,表达转录因子GSH1,2 和OLIG2和产生视黄酸的视黄结合蛋白;背侧的放射状胶质细胞,表达Pax6 和Emx2;海马中的放射状胶质细胞表达SHH。而且,不同位置的放射状胶质细胞生成的后代细胞也有所不同。因此放射状胶质细胞虽然形态形似,但是一群功能和发育潜能异质性的细胞。 星型胶质细胞占大脑总体积的20-50%,传统上基于形态学的标准可以将其区分为原浆型和纤维型两类,但近年的研究表明星型胶质细胞存在多种复杂的形态和功能迥异的亚型。在端脑中(telencephalon)星型胶质细胞主要是在出生后阶段发育的,室下层(subventricular zone ,SVZ)是胶质细胞主要的生成区域,SVZ中生成的星型胶质细胞向两侧迁移,最终分布到白质和灰质区。SVZ中的前体细胞还可以生成少突胶质细胞,而且还有生成神经元的潜力。星型胶质细胞的发育在不同的发育阶段和不同的脑区存在明显差异,对于间脑diencephalon中星形胶质细胞是如何起源的还不清楚。细胞谱系(cell lineage)分析的方法可以用来探讨星型胶质细胞的起源和分化。我们发现可以利用孕鼠胚胎电转染的方法可以特异的标记胚胎期第三脑室和侧脑室的放射状胶质细胞。胚胎期转染表达荧光蛋白的质粒后,追踪观察出生前、出生后及成年期的标记的细胞,可以用来研究这两个部位胚胎期的放射状胶质细胞分化发育的情况。胚胎期侧脑室的放射状胶质细胞能直接分化成神经元,与之明显不同的是位于第三脑室的放射状胶质细胞却直接分化成星型胶质细胞。我们利用的方法可以清晰的标记出整个放射状胶质细胞的形态,第三脑室的放射状胶质细胞胞体位于脑室一侧,伸出长长的突起穿越整个间脑。进一步的观察发现早期分化的未成熟的星形胶质细胞,只有几根简单的突起,沿着放射状胶质细胞突起的方向向远离脑室的一侧迁移,在E19的时候就到达最终的位置。当体外培养的实验发现。我们的实验结果提示间脑的星形胶质细胞来源 第三脑室的放射状胶质细胞,其发育时间要早于端脑的星形胶质细胞。
English Abstract: 1.Dendrites undergo extensive growth and branching at early stages, but relatively little is known about the molecular mechanisms underlying these processes. Here, we show that increasing the level of MARCKS (myristoylated, alanine-rich C kinase substrate), a prominent substrate of protein kinase C and a phosphatidylinositol-4,5-diphosphate (PI(4,5)P2) sequestration protein highly expressed in the brain, enhanced branching and growth of dendrites both in vitro and in vivo. Conversely, knockdown of endogenous MARCKS by RNA interference reduced dendritic arborization. Results from expression of different mutants indicated that membrane binding is essential for MARCKS-induced dendritic morphogenesis. Furthermore, MARCKS increased the number and length of F-actin based filopodia along neurites, as well as the motility of filopodia, in a PI(4,5)P2-dependent manner. Time lapse imaging showed that MARCKS increased frequency of filopodia initiation, but did not affect filopodia longevity, suggesting that MARCKS may increase dendritic branching through its action on filopodia initiation. These findings demonstrate a critical role for MARCKS-PI(4,5)P2 signaling in regulating dendrite development. 2.During the development of the cerebral cortex, radial glia serve as precursor cells in the ventricle zone that generates cortical neurons and glia, in addition to providing migration guidance. Glia in telencephalon are mainly derived from progenitors in the subventricular zone (SVZ) during the early postnatal stage. Those progenitor cells are capable of differentiating both astrocytes and oligodendrocytes. Astrocytes are diverse in form and function, and evidence for the source of astrocytes in diencephalon is still lacking. Here, we sought to fate map radial glial cells in 3rd ventricles by transfection at embryonic 16 using in utero electroporation. Radial glia are prominent in the developing diencephalon and extended form the central canal to the boundary surface. We found that most embryonic dorsal radial glia in lateral ventricle generate cortical neuons, whereas embryonic radial glia cells in 3rd ventricles give rise to diencephalon astrocytes. In addition, immature astrocyte migrates along the radial processes and may reach their destination as early as E19. Furthermore, in vitro lineage analysis revealed intrinsic difference in the potential of radial glia from telencephalon and diencephalon. Taken together, our study indicates that astrocytes in diencephalon come from radial glial cells in 3rd ventricle, and established earlier than astrocytes development in telencephalon.
Language: 中文
Content Type: 学位论文
URI: http://ir.sibs.ac.cn/handle/331001/2399
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1、MARCKS调节神经元树突发育及机制的研究。2、胚胎期的第三脑室放射状胶质细胞分化成星型胶质细胞.李海民[d].中国科学院上海生命科学研究院,2008.20-25
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