PDK1在端脑发育中的功能及其机制研究

论文摘要

大脑新皮层具有六层板层结构,包含多种神经元类型,其发生按照时空顺序严格调控。先产生的神经元定位于皮层深层,后产生的神经元定位于皮层浅层,其中深层神经元起源于脑室区（VZ）神经前体细胞Apical progenitors（APs）;浅层神经元主要由基位于脑室下区（SVZ）中间神经前体细胞Basal progenitors（BPs）产生。APs可通过对称分裂自我更新,产生2个APs,随着发育的不断推进,AP通过不对称细胞分裂可产生一个AP和一个BP或者一个深层神经元。因此APs向BPs的转化直接影响着皮层神经元产生的总数以及深、浅层神经元的比例。APs向BPs的转化是皮层发育过程中一个最基本和关键的问题。但是APs向BPs转化的时空调控所知甚少。在此,我们利用Emx1-Cre工具小鼠和Pdk1fl/fl小鼠交配,获取PDK1功能缺失的小鼠。研究发现,敲除Pdk1使APs前体细胞库扩张,引起神经发育后期BPs数目增加,并导致深层神经元产生增多。PDK1通过影响aPKC-Par3复合体,调控APs不对称分裂;同时,Pdk1敲除导致Notch信号下游重要效应分子Hes1表达显著升高;另一方面PDK1通过抑制Myc/cyclin D1信号影响APs细胞周期G1期,调控APs增殖和分化。因此,我们研究发现PDK1在APs向BPs转换的过程中发挥重要调控作用。与此用时,我们探讨了PDK1在海马齿状回（dentate gyrus,DG）发育过程中的作用。发现敲除Pdk1降低DG前体细胞的增殖,导致前体细胞提前分化,下调Akt信号从而上调Gsk3β 活性,最终影响DG发育。不仅如此,Pdk1敲除还引起Reelin+的CR细胞分布异常,reelin表达下降,进而影响前体细胞的迁移,扰乱放射状胶质支架的发育。在体外原代神经干细胞培养中抑制Gsk3β 的活性可以一定程度的恢复由Pdk1敲除引起的增殖下降。综上,我们的研究表明在新皮层和齿状回发育过程中,PDK1调控神经前体细胞的增殖和分化进程。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 主要英文缩写词
• 第一部分 PDK1调控新皮层发育过程中神经前体细胞的命运决定
•   第一章 文献综述
•     第一节 神经前体细胞和大脑新皮层发育
•       1.1 端脑新皮层的结构与发育
•       1.2 神经前体细胞的功能和分类
•     第二节 神经前体细胞命运决定的调控
•       2.1 神经前体细胞的不对称分裂
•       2.2 细胞周期G1期与神经前体细胞命运决定
•     第三节 调节前体细胞命运决定的信号通路
•       3.1 Notch信号通路
•       3.2 aPKC-Par3信号
•     第四节 PDK1在神经系统发育过程中的作用
•       4.1 PDK1的蛋白结构与调节位点
•       4.2 PDK1与细胞增殖及存活
•       4.3 PDK1与组织发育
•   第二章 材料与方法
•     1. 材料
•       1.1 实验动物
•       1.2 主要仪器
•       1.3 溶液配制
•     2.方法
•       2.1 基因型鉴定
•       2.2 小鼠组织收取及冰冻切片制备
•       2.3 免疫荧光
•       2.4 原位杂交
•       2.5 荧光定量PCR（real-time quantative PCR）
•       2.6 免疫印迹
•       2.7 细胞周期相关计算
•       2.8 细胞培养实验
•       2.9 细胞转染
•       2.10 基因表达谱芯片
•       2.11 细胞统计计数和数据分析
•   第三章 实验结果和讨论
•     第一节 新皮层发育过程中,PDK1 通过调控不对称分裂影响APS向 BPS的转化
•       1.1 Pdk1 在背侧端脑的时空特异性表达以及Pdk1 条件性敲除小鼠的获得
•       1.2 Pdk1 敲除引起APs、BPs前体细胞库扩大
•       1.3 PDK1 调控神经发生中后期APs向 BPs的转化
•       1.4 Pdk1缺失引起新皮层深层神经元产出增加
•       1.5 Pdk1 缺失影响APs不对称分裂
•       1.8 PDK1 调控APs在体分裂时分裂板的方向
•       1.7 PDK1 影响aPKC-Par3 复合体
•       1.8 Pdk1 敲除引起Hes1 表达升高
•     第二节 PDK1 通过调控细胞周期影响前体细胞增殖以及AP/BP转化
•       2.1 Pdk1敲除导致神经发生中后期神经前体细胞增殖增加
•       2.2 PDK1 主要影响APs而不是BPs的增殖能力
•       2.3 Pdk1的缺失导致皮层神经元产出增加
•       2.4 Pdk1敲除不影响胚胎期细胞的凋亡
•       2.5 Pdk1 敲除引起APs细胞周期G1 期缩短
•       2.6 Pdk1 敲除增加APs重新进入细胞周期的比例
•       2.7 PDK1 通过cyclin D1 信号通路调控APs细胞周期
•   第四章 小结与展望
•     4.1 PDK1与新皮层发育
•     4.2 PDK1与不对称细胞分裂
•     4.3 PDK与细胞周期G1期
•     4.4 PDK1与Notch信号通路
• 第二部分 PDK1调控齿状回发育及学习和记忆相关行为
•   第一章 文献综述
•     第一节 海马齿状回的结构与发育
•       1.1 DG的组织结构
•       1.2 DG的形态发生
•       1.3 DG发育中放射状胶质细胞的功能
•     第二节 调控DG发育的分子机制
•       2.1 Reelin信号
•       2.2 Wnt信号
•   第二章 材料与方法
•     1.材料
•       1.1 实验动物
•       1.2 主要仪器
•     2.方法
•       2.1 小鼠行为学实验
•       2.2 免疫荧光
•       2.3 原位杂交
•       2.4 荧光定量PCR
•   第三章 实验结果与讨论
•     3.1 Pdk1敲除引起海马依赖的学习和记忆能力下降
•     3.2 Pdk1敲除引起DG形态异常
•     3.3 Pdk1调控DG神经前体细胞增殖
•     3.4 Pdk1缺失影响神经前体细胞的迁移
•     3.5 Pdk1敲除引起DG放射状胶质支架的异常
•     3.6 Pdk1参与调控DG前体细胞分化
•     3.7 Pdk1 影响reelin的分布
•     3.8 PDK1 通过Akt-Gsk3b信号来调控前体细胞增殖
•   第四章 小结与展望
•     4.1 PDK1与DG神经发生
•     4.2 PDK1调控胶质支架发育以及神经前体细胞的迁移
•     4.3 PDK1与DG发育相关信号通路
•     4.4 PDK1在新皮层和DG神经前体细胞中的不同功能
• 参考文献
• 作者简介
• 发表文章目录
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 韩潇宁

导师: 赵春杰

关键词: 新皮层,神经发生,不对称分裂,齿状回

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 东南大学

基金: 国家自然科学基金重大计划重点项目,海马结构和功能异常与记忆缺陷,焦虑和抑郁的发生发展(91232301),国家自然科学基金面上项目(81870899),国家自然基金青年基金((FoxM1在端脑发育中的功能31200823),(PDK1在皮质细胞核动态迁移以及神经发生中的功能研究31500844))

分类号: Q344

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.003911

总页数: 138

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