项目名称：神经元发育与退行性病变的分子细胞遗传机制首席科学家：肖波四川大学起止年限：2009.1至2013.8依托部门：四川省科技厅教育部一、研究内容关键科学问题:神经元的发生和发育是一个多步骤、多因子参与的复杂过程。目前已知，胞外信号（包括生长因子、营养因子、神经活动）在神经元的发生、分化（极化）和神经网络形成过程中发挥着关键作用。这些胞外信号可以激活各种信号通路，从而启动一些对神经元发生、发育起关键作用的转录因子的mRNA表达和蛋白质合成。本项目将围绕神经元的发生、极化，突起的形态发生及其退行性病变，从分子、细胞到整体进行系统而深入的研究。我们拟解决的关键科学问题是：揭示与神经细胞发生，极化，突触形成及神经退行性病变相关的重要信号分子（包括小G-蛋白及其偶联激酶）的功能并研究其作用机理，以及环境与遗传表型的关系。主要研究内容:（1）Rheb/mTor信号通路在神经元发生、极化、网络化及神经退行性病变中的作用及分子机制：体外研究发现，mTOR信号通路对神经元的发生、发育起重要作用，而Rheb处于mTOR蛋白上游并对其起正调节作用，前期工作发现，Rheb1敲除小鼠的大脑发育出现明显异常。我们的初步研究表明小鼠中mTOR的激活需要与神经元早期发育密切相关的Rheb1。Nestin-Cre介导的神经前体细胞敲除Rheb1导致小鼠大脑体积和重量均减少约50%。基于上述，我们计划深入研究Rheb/mTOR信号通路在神经元发生阶段作用和机制。预计本课题将帮助我们阐明Rheb1/mTOR信号通路在神经元发生作用和机制，为相关疾病的防治提供理论基础。在肿瘤细胞中，我们已知LKB1抑制mTOR信号通路。最近研究表明LKB1调节神经元的极化，我们初步结果显示在神经前体中敲除Rheb1会导致大脑皮层厚度下降，由此推断Rheb/mTOR信号通路有可能参与神经元极化调控。由此，我们将研究Rheb1/mTOR信号通路在神经元极化中的作用和分子机制。预计通过本课题的研究将确定Rheb/mTOR信号通路是神经元极化所必需的，同时将为进一步揭示Rheb调控神经元发生分子机制，为相关疾病防治提供新途径。体外研究表明，抑制mTOR会减少神经元树突棘的形成。由于Rheb1缺失会导致mTOR完全失活，我们推断Rheb1的敲除会引起树突和树突棘形成的缺陷。我们初步数据表明Rheb1敲除将降低突触后骨架蛋白Shank3的表达。Shank3是树突发育的必需因子，所以Rheb1可能通过提高Shank3的表达调节树突生长。我们将通过本课题的研究确定Rheb/mTOR/Shank3信号通路在树突和树突棘形成中的作用和分子机制，并揭示它在行为神经网络形成中的作用。此外，我们的研究显示，Rheb1敲除小鼠脑体积比野生型减小约50%，小脑皮层的厚度及海马体大小也均减少约50%。且Rheb1敲除小鼠小脑体积显著减少，其只有五个小脑叶片而正常小脑为七个。上述所有这些发育缺陷可能由于Rheb1敲除小鼠神经祖细胞的增殖率减慢和（或）脑发育过程中神经干细胞/祖细胞群的早期损失引起。大量研究表明mTor信号在多个细胞系中具有抑制自噬的作用，我们前期研究发现，Rheb1中枢神经系统敲除小鼠所有脑区域中mTor活性被显著抑制。因此，我们推测Rheb1敲除小鼠由于缺失mTor信号发生过度自噬，从而导致神经祖细胞增殖率减慢及脑发育过程中神经干细胞/祖细胞群的早期损失，最终导致其脑发育异常。本课题的研究将确定Rheb1/mTOR通路介导的自噬抑制在维持神经祖细胞生存和增殖中的功能及Rheb1/mTOR信号异常是否引起线粒体自噬异常从而导致神经祖细胞受损。（2）与铁离子代谢相关基因在神经元发生、极化和网络化中的作用及分子机制：研究结果表明，铁离子与神经元的发育密切相关，但其分子机理尚不清楚。为深入研究铁离子和铁转运蛋白在脑神经发育中的分子机理，我们将在神经前体细胞中敲除铁离子运输基因包括铁转运蛋白受体（TransferrinReceptor，TFR）、二价金属转运体（DMT1）和运铁素（Ferroportin，Fpn或SLC40A1)。铁转运蛋白受体主要摄取转铁蛋白结合铁（Transferrin-boundiron，Tf-Fe），二价金属转运体主要摄取非转铁蛋白结合铁（Non-Transferrin-boundiron，NTBI），而运铁素在机体内唯一具有从细胞内泵出铁离子的蛋白。这三个基因涵盖了细胞摄取和泵出铁离...