Wnt5a激活CDK5参与神经发育过程中神经元细胞周期退出

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目的:  在神经发育过程中,细胞周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinases,CDKs)的调控参与神经元细胞周期调控,并激活特定的分化程序。大量证据表明,CDK5活性的上调是神经发育过程中的核心事件,但其调控机制尚不清楚。Wnt信号通路在细胞发育过程中具有重要的调控作用,但在神经发育过程中,Wnt信号通路途径是否参与CDK5活性的激活,进而调控神经元细胞周期的退出,尚无研究报道。本研究中探究了在神经发育过程中经典或非经典的Wnt信号通路在CDKs及神经元细胞周期的调控中的作用机制。  方法:  (1)获取大鼠不同胚胎发育时期(E12.5,E14.5,E16.5,E18.5,P0)的大脑皮层组织;  (2)应用维甲酸/脑源性神经因子(RA/BDNF)联合诱导构建神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞分化模型;  (3)实时定量RT-PCR(qRT-PCR)方法检测大鼠不同胚胎发育时期大脑皮质组织及RA/BDNF联合诱导分化前后SH-SY5Y细胞中经典Wnt途径(wnt-1, wnt-3a)和非经典Wnt途径(wnt-4,wnt-5a,wnt-11)的mRNA表达量;并同时检测上述样品中重要与细胞周期相关的CDKs(CDK2,CDK4,CDK6)及其对性的细胞周期素(Cyclin D,Cyclin E)以及CDK5和其伴侣分子p35的mRNA表达量;  (4)Western Blot法检测大鼠不同胚胎发育时期大脑皮质组织及RA/BDNF联合诱导分化前后SH-SY5Y细胞中CDK5及p35的蛋白表达情况;  (5)体外激酶反应(in vitro Kinase assay)检测大鼠不同胚胎发育时期大脑皮质组织及RA/BDNF联合诱导分化前后SH-SY5Y细胞中CDK5的激酶活性;  (6)酶联免疫吸附试验(ELISA)定量检测RA/BDNF联合诱导分化前后SH-SY5Y细胞培养上清中Wnts的分泌情况;  (7)应用wnt蛋白(wnt-3a,wnt-4,wnt-5a,wnt-11)刺激原代培养的大鼠皮层神经元,应用体外激酶反应检测对CDK5的激酶活性的影响;应用qRT-PCR及Western Blot分别检测wnt-5a刺激原代培养的大鼠皮层神经元中CDK5和p35的mRNA及蛋白表达情况,并应用体外激酶反应检测CDK5激酶活性;  (8)在RA/BDNF联合诱导SH-SY5Y细胞分化模型,应用细胞免疫荧光分别标记MAP2(标记成熟神经元)及BrdU(标记分裂期细胞),检测应用wnt-5a中和抗体及wnt-5a抑制剂Box5对RA/BDNF诱导SH-SY5Y细胞分化作用的影响。  结果:  (1)在大鼠胚胎发育的大脑皮质组织中,经典途径的wnt(wnt-1,wnt-3a)则减少,而非经典途径的wnt信号(wnt-4,wnt-5a,wnt-11)的表达量增高,;RA/BDNF联合诱导分化后SH-SY5Y细胞中经典途径的wnt(wnt-1,wnt-3a)表达量降低,而非经典途径的wnt信号(wnt-4,wnt-5a,wnt-11)的表达量和分泌量增高;  (2)在大鼠胚胎发育的大脑皮质组织及RA/BDNF联合诱导分化的SH-SY5Y细胞中,CDKs的表达量无明显变化,但CyclinD的表达下降,而p35的mRNA和蛋白表达明显上升,CDK5激酶活性显著上调;  (3)Wnt-5a刺激可显著上调神经元中p35的mRNA和蛋白表达量,并激活CDK5激酶活性,而wnt-3a,wnt-4及wnt-11均无作用;  (4)阻断wnt-5a通路可显著抑制RA/BDNF联合诱导的SH-SY5Y细胞中CDK5的激酶活性,并抑制SH-SY5Y细胞向成熟神经元分化。  结论:  本研究证明了经典和非经典的wnt途径在神经元发育过程中具有不同的作用,非经典的wnt通路在神经元发育过程中被选择性激活,其中wnt-5a可上调p35的表达并激活CDK5,在神经发育过程中神经元细胞向成熟分化,退出细胞周期的机制中具有重要的意义。
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