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神经元轴突的正常生长及其与靶标的突触连接是一个非常精细且复杂的过程，受到许多轴突生长因子的调控。在众多的调控因子中，第二信使cAMP和cGMP在不同的信号通路中发挥作用调节神经元轴突的生长和导向。然而，cGMP依赖性蛋白激酶G(PKG)在神经元轴突发育中的功能，以及发挥作用的分子机制仍然不清楚。果蝇运动神经元轴突与肌肉之间形成特定的神经肌肉接点(NMJ)是研究轴突发育机制非常好的模型。在果蝇胚胎S16期晚期，ISNb运动神经元轴突与腹部四块平行肌肉之间形成三个特定NMJ。本论文主要以果蝇胚胎期ISNb运动神经元为模型研究PKG在神经元轴突发育中的功能及作用机制。研究结果如下: (1)果蝇PKG参与ISNb运动神经元轴突生长和导向。 在果蝇中，foraging(for)基因编码PKG。我们首先发现forDf(2L)ED243大片段缺失突变品系的ISNb运动神经元轴突常常错误地投射到非靶标肌肉上，或与其它运动神经元轴突之间形成不正常的连系。为了确认for基因突变表型，我们利用CRISPR/Cas9技术构建了for20-29突变果蝇(null mutant)，并检测到for20-29纯合突变体中ISNb轴突表现出和forDf(2L)ED243纯合突变体相似的轴突投射缺陷。通过挽回实验发现for突变体的ISNb轴突缺陷表型能够被所有神经元，而非肌肉中过表达for基因挽回。除此之外，在所有神经元中敲低for基因也会导致与for突变体相似的ISNb轴突缺陷，而在所有肌肉中敲低for基因则无明显缺陷。因此，PKG主要在神经元中发挥作用调节运动神经元轴突的发育。 (2) PKG在果蝇胚胎腹部神经索特异表达并参与中枢神经系统的轴突发育。 为了检测PKG在果蝇胚胎期的表达模式，我们利用CRISPR/Cas9技术构建了for-v5内源标签敲入品系。胚胎染色结果显示PKG表达广泛，在腹部神经索(VNC)的一些中线细胞中表达量高，且呈明显的体节分布。于是，我们检测for突变体中CNS轴突的发育，发现forDf(2L)ED243纯合突变体中CNS连合轴突间隙变小，并且纵向轴突出现错误穿越中线的缺陷。这些结果表明PKG不仅调节外周神经系统(PNS)运动神经元轴突的发育，还参与中枢神经系统(CNS)轴突的导向。 (3) PKG与转录因子Lola在果蝇不同组织中都有拮抗的遗传相互作用，包括ISNb运动神经元轴突。 我们利用果蝇中其它更适合遗传筛选的翅膀和眼睛为模型，筛选与PKG有相互作用的分子。首先，用NP285-Gal4驱动UAS-forP2过表达PKG导致翅膀水泡的表型。通过筛选349个EP品系，我们发现过表达lola能够部分挽回由于过表达for导致的翅膀水泡。其次，用GMR-Gal4在果蝇眼睛中敲低for的表达量导致糙眼缺陷，而同时敲低lola的表达量后糙眼被挽回。更重要的是在for突变背景下，敲低lola的表达量能够有效抑制ISNb轴突发育缺陷。 (4) PKG与Lola蛋白的特定亚型LolaT之间存在蛋白相互作用。 lola基因通过可变剪接形成至少20种不同的Lola蛋白。在果蝇S2细胞中过表达PKG和不同的Lola蛋白(LolaA、LolaL和LolaT)后，Co-IP检测到PKG与特定亚型LolaT之间有蛋白相互作用。另外，在果蝇所有神经元中过表达PKG和LolaT后，Co-IP也检测到PKG与LolaT之间有蛋白相互作用。不同Lola蛋白具有相同的N端（保守的BTB结构域）和不同的C端（不同的锌指键）。为探索PKG和LolaT蛋白相互作用的位点，LolaT蛋白被分为所有Lola蛋白共有的N端和LolaT蛋白特有的C端。S2细胞中Co-IP实验结果证明PKG和LolaT的蛋白相互作用依赖于LolaT蛋白特定的C端。 (5) PKG与LolaT在ISNb运动神经元轴突发育上具有遗传相互作用。 不同的Lola蛋白具有各不相同的功能，而LolaT在果蝇ISNb运动神经元轴突发育中的功能并不清楚。我们利用CRISPR/Cas9技术构建了lolaT38-1突变体，并检测到lolaT38-1纯合突变体中ISNb运动神经元轴突同样表现出和for纯合突变体相似的轴突投射缺陷。在for20-29杂合突变体和lolaT38-1杂合突变体中，ISNb轴突都有一定的投射缺陷;而在for20-29和lolaT38-1双杂合突变中ISNb轴突缺陷被抑制，尤其是ISNb轴突与其它运动神经元轴突之间异常接触的缺陷表型被挽回。 (6) PKG将LolaT蛋白滞留在细胞质中。 在果蝇S2细胞中，单独过表达的LolaT蛋白几乎都定位在细胞核;而同时过表达PKG则会导致部分细胞中LolaT蛋白被滞留在细胞质中。与Co-IP结果一致，LolaA、LolaL以及lolaT-N蛋白的细胞核定位不受PKG的影响。另外，在LolaT蛋白C端加上核定位序列(NLS)后，LolaT-NLS蛋白的细胞定位不再受PKG的调节，全部出现在细胞核。这些结果提示我们PKG可能通过调节转录因子LolaT的细胞核定位从而影响ISNb运动神经元轴突的发育。 综上所述，我们的研究揭示了PKG在生物体内参与神经元轴突发育的新功能，并阐述了PKG通过抑制转录因子的功能从而调节运动神经元轴突发育的分子机制。