Ezh2通过调节H3K27me3调控多巴胺能神经元发育及成体神经干细胞神经发生的相关机制研究

发布时间：2020-06-11 12:13

【摘要】：多巴胺能(dopaminergic neurons,DA)神经元是中枢神经系统中具有重要生理功能的一类神经元。它通过合成和分泌多巴胺参与随意运动的调控、动机的形成以及情绪行为的调节。对DA神经元发育过程的深入研究将有助于帕金森病等相关神经系统疾病的诊断与治疗。DA神经元的发育过程接受精确的时空转录调控。研究显示,表观遗传修饰参与调控DA神经元发育。组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化修饰(H3K27me3)是一类发挥转录抑制作用的表观遗传修饰。早期研究表明,H3K27me3在DA神经元分化成熟以及维持过程中发挥重要调控作用。在中脑发育早期,敲除组蛋白甲基转移酶Ezh2使H3K27me3水平下调,导致中脑发育异常并影响DA神经元发育。Ezh2是多梳抑制复合物2(PRC2)中发挥甲基转移酶活性的核心成员,它通过SET区域催化H3K27me3。不同于在发育早期敲除Ezh2,敲减成年大鼠组蛋白去甲基化酶Jmjd3促使H3K27me3水平升高,导致M1型小胶质细胞增多,给予MPTP刺激后,Jmjd3敲减组中脑DA神经元数量显著少于对照组。由此可见,H3K27me3水平对中脑和DA神经元在不同发育时期出现了不同的调控作用。此外,体外培养的中脑源神经干细胞(ventral midbrain derived neural stem cells,VM-NSCs)在分化过程中H3K27me3水平逐渐升高。抗坏血酸、广谱组蛋白去乙酰化酶抑制剂Apcidin等化合物通过促进Jmjd3表达而抑制H3K27me3水平,从而促进VM-NSCs向DA神经元分化。综上所述,H3K27me3以及Ezh2是否在DA神经元发育过程中发挥调控作用目前仍需探讨。借助于VM-NSCs体外分化过程,我们探究了H3K27me3调节DA神经元分化的作用及其机制。研究发现,VM-NSCs分化过程中Jmjd3和UTX表达下调介导H3K27me3水平升高,而组蛋白甲基转移酶Ezh2的表达水平没有明显变化。利用Jmjd3和UTX抑制剂GSK-J1处理VM-NSCs促使H3K27me3水平上升,导致VM-NSCs向DA神经元分化减少。相反,Ezh2选择性抑制剂EPZ005687使VM-NSCs分化过程中H3K27me3水平的上升受到抑制,VMNSCs向DA神经元分化增多。此外,抑制Ezh2活性使VM-NSCs的增殖能力下降并促进VM-NSCs向DA神经前体细胞分化。EPZ005687对VM-NSCs向神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞、胆碱能神经元以及GABA能神经元分化的潜能没有显著影响。进一步研究发现,FoxA2,Nurr1,Lmx1a,Pitx3等与DA神经元发育密切相关的转录因子的mRNA水平均显著上升。ChIP实验证实,EPZ005687促使相关基因启动子区H3K27me3的占驻水平下降。其中,Nurr1是调控多巴胺能神经元分化成熟的关键性因子。干扰Nurr1表达抑制VM-NSCs向DA神经元分化,并且抑制Ezh2活性介导的促进VM-NSCs向DA神经元分化的效应也被阻遏,提示了Nurr1在该过程中发挥重要作用。中脑发育过程中,Ezh2表达减少导致H3K27me3水平下调。借助于腺相关病毒载体干扰Ezh2在胚胎期(E)11天中脑的表达,促使H3K27me3水平下调,并促进中脑腹侧区域DA神经元分化增多。在E11过表达Ezh2促进中脑区域细胞增殖能力,不影响中脑区域DA神经元的分化成熟。以上结果表明,高水平的H3K27me3抑制VM-NSCs向DA神经元分化的潜能。抑制或降低Ezh2表达能够促进VM-NSCs以及体内中脑区域细胞向DA神经元分化。成体神经干细胞是成年动物中枢神经系统内具有自我更新能力并能够向神经元和胶质细胞分化的一类干细胞。目前对于Ezh2调控成体神经干细胞增殖与分化的作用仍缺乏了解。对来源于海马的神经干细胞(NSCs)给予EPZ005687处理,检测抑制Ezh2对NSCs的增殖和分化的影响。结果显示,低浓度的EPZ005687促进NSCs增殖并向神经元分化,而高浓度的EPZ005687促进NSCs凋亡。利用EPZ005687处理成年C57BL/6小鼠,促进SVZ和DG区神经发生。体外实验进一步证实,抑制Wnt/β-catenin通路阻遏EPZ005687促进NSCs向神经元分化,而不影响其促进增殖的作用。拮抗Wnt5a不影响EPZ005687促进NSCs向神经元分化,而抑制EPZ005687促进NSCs的增殖作用。以上结果提示,Ezh2在干细胞神经发生过程中发挥重要作用,且Wnt/β-catenin信号通路以及Wnt5a分别在抑制Ezh2介导的NSCs分化和增殖过程中具有调控作用。
【图文】：

图 1 DA 神经元分布区域及投射区域[5]（A）A8(蓝色区域)：红核后区；A9（红色区域）：黑质；A10（红色区域）：腹侧背盖区；（B）DA 神经元投射区域。Fig.1 Distribution of DAneurons and their projectins in the adult midbrain. （A）Distribution of DAneurons in adult midbrain.A8(blue), retrorubral;A9(red),substantial nigra;A10(yellow), , ventral tegmental area; （B）The projection area of DAneurons.ACC, anteriorcingulate cortex; CNA, central nucleus of the amygdala; DS, dorsal striatum; ERC, entorhinalcortex; H, habenula; HC, hippocampus; LC, locus coeruleus; LS, lateral septum; NA, nucleusaccumbens; OT, olfactory tubercle; PFC, prefrontal cortex; PRC, perirhinal cortex; PC,pyriformcortex.1.2 DA 神经元生理功能

Ezh2 调控多巴胺能神经元发育及成体神经干细胞神经发生的相关机制研究术，发现 D4 受体的 mRNA 主要在前额叶皮层、杏仁核以及中脑等区域高表达。D4 受体激动后能够抑制胞内 cAMP 聚集，抑制自主运动。D4 受体突变小鼠出现功能受损，说明 D4 受体与随意运动的调控密切相关[10]。DA 神经元通过投射区域的多巴胺受体发挥重要生理功能，而对 DA 神经元发育过程的研究有助于了解 DA 神经元功能并裨益相关疾病的治疗。1.3DA 神经元发育1.3.1 DA 神经元发育中脑 DA 神经元起源于中脑腹侧，，整个发育过程接受精确的时空转录调控。大鼠的 DA 神经前体细胞大约在胚胎期（Embryonic， E）第 8 天起源于神经管腹侧与底板的交界处，其发生过程与中脑发育过程密不可分。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海药物研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R96

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3 李s

本文编号：2707889