线虫SAX-3诱导轴突生长的机制研究和ALS线虫模型的分子生物学研究

• 作 者: 李佳
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 秀丽隐杆线虫 肌萎缩性侧索硬化 铜锌超氧化物歧化酶1 运动神经元 凋亡通路 轴突导向缺陷

第一部分线虫SAX-3受体诱导神经元轴突生长的机制研究　　在秀丽隐杆线虫的神经元中，SAX-3作为SLT-1的受体在神经元轴突发育过程中的作用被广泛研究。然而，SAX-3引起轴突生长的下游因子以及SAX-3在神经元中定位和分布的机制还不清楚。我们表达SAX-3在线虫的PDE神经元中，发现SAX-3能促进神经元轴突的异位表达。为了确定SAX-3的下游因子，我们通过筛选一系列的突变体寻找能抑制SAX-3引起的轴突的异位表达的下游基因。我们发现，UNC-73（小G蛋白鸟苷酸交换因子）和UNC-115（一种肌动蛋白结合因子）的突变体能部分抑制SAX-3引起的轴突的异位生长，提示这两种下游蛋白参与了SAX-3引起的轴突生长。神经元受体的细胞膜和轴突的定位对于其功能的发挥至关重要，因此，我们进一步通过筛选突变体寻找影响其定位的基因。我们发现，在UNC-51（一种丝氨酸/苏氨酸激酶）的突变体中，SAX-3在神经元中更倾向聚集于神经元胞体中，表明UNC-51参与了神经元中的SAX-3的运输及分布。更进一步通过构建不同长度的截短了的SAX-3受体部表达株系，我们发现，SAX-3的N端的信号序列和其跨膜区域序列对于SAX-3在神经元中的定位起了关键的作用。　　第二部分线虫肌萎缩侧索硬化模型的分子生物学研究　　铜锌超氧化物歧化酶1(SOD1)的突变会对运动神经元造成伤害，导致肌萎缩性侧索硬化。然而SOD1的突变导致运动神经元伤害的机制还不清楚。为了探索突变SOD1的致病机制，我们建立了新的线虫的肌萎缩性侧索硬化模型。我们在线虫的运动神经特异表达野生型或者突变的人源SOD1，发现野生型和突变的SOD1转基因线虫出现了渐进的爬行运动障碍和麻痹的表型，这和肌萎缩性侧索硬化的一些特征类似，如年龄依赖型行动障碍和SOD1在运动神经元的聚集。另外，我们发现野生型和突变的SOD1都能造成线虫的运动神经元的死亡，并且这种死亡不依赖于经典的CED-3/CED-4凋亡途径。我们还发现，在转基因线虫运动神经元开始死亡之前，运动神经元的发育首先出现异常:运动神经元的轴突不能投射到背侧，出现了轴突导向的障碍。通过观察GFP标记的运动神经元轴突导向相关受体蛋白，我们发现，SOD1能显著地减少轴突导向受体的表达，并且这些受体在神经元内的运输也受到影响。我们的模型同时模拟了在肌萎缩性侧索硬化中的运动神经元的发育缺陷和晚期的运动神经元死亡。利用这个在体模型，我们揭示了SOD1独立在运动神经元内对其功能和生存造成的伤害，并其提供了SOD1造成运动神经元轴突导向发育异常的新的理解。