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烈冰助力|| COMPASS核心亚基ASH2L通过调控Wnt信号通路影响大脑皮层发育 时间:2019-08-16

COMPASS复合物是组蛋白H3赖氨酸(H3K4)甲基转移酶复合,其核心蛋白主要由四个亚基(WRAD)组成,分别是WDR5 WD repeat-containing protein 5)、ASH2L [ash2 Absent, small, or homeoticlike]RbBP5 Retinoblastoma-binding protein 5)和 DPY-30 C. elegans dpy-30 homolog)。COMPASS复合物随着物种进化而趋于复杂,不同复合体还存在其他可变因子因此条件性敲WRAD复合物的核心亚基来研究COMPASS复合物对新皮质的影响是一个很好的策略。

2019716日中国医学科学院基础医学研究所彭小忠团队在Cell Reports杂志发表题为“The COMPASS Family Protein ASH2L Mediates Corticogenesis via Transcriptional Regulation of Wnt Signaling”的研究论文烈冰团队表观遗传学调控联合转录组测序的帮助下揭示了COMPASS复合的核心成员ASH2L对于维持NPC和哺乳动物新皮质发育过程中产生不同的神经元类型至关重要,并且能通过调控Wnt信号通路的活性从而影响神经干细胞的稳态。

文章思路:

1. ASH2L对新皮质神经细胞层的形成排列至关重要。

2. ASH2L在神经发育晚期维持新皮质前体细胞的增殖能力。

3. ASH2L参与了发育中的新皮质细胞的H3K4三甲基化。

4.ASH2L通过激活Wnt信号通路活性,调节神经前体细胞增殖。

结果展示:

Ash2l cKO大脑皮层的层状结构紊乱和神经元表达特异性失调

研究者在D6-Cre小鼠大脑新皮层发育早期区域特异性敲除Ash2l,生成Ash2l条件敲除(Conditional Knockout, cKO)小鼠。与对照小鼠比较,Ash2l cKO小鼠的存活率低,出现大脑发育畸形并伴有癫痫症状。检查Ash2l cKO大脑新皮层的神经元组织,发现大脑皮层整体层次紊乱,其中后期生成的上层神经元数量显著减少并且分布异常,这表明Ash2l cKO皮质神经形成有缺陷并伴有神经元迁移或定位障碍

Ash2l cKO神经前体细胞数量减少且增殖异常

通过对Ash2l cKO和对照组中皮质神经前体细胞NPC)标记物进行观察,发现在皮层神经元发育中后期Ash2l cKO小鼠的NPC细胞数目显著降低,并且通过流式细胞术检查发现NPC细胞周期循环动力学发生改变。这说明敲除Ash2l会使细胞周期进程中断从而导致NPC增殖减少。

ASH2L在皮层发育过程中起到转录激活剂的作用

为了从分子层面研究ASH2LNPC的作用机制,研究人员对皮层发育中后期皮质组织进行转录组测序(RNA-Seq),结果显示敲除Ash2l导致大多数基因的下调表达,这与转录激活因子的功能一致;并且GO分析揭示ASH2L直接调节的基因与神经发育及细胞周期进展显著相关。因此,ASH2L可作为转录激活因子来调节基因表达程序,并且也是晚期NPC有丝分裂和自我更新所必需的。

ASH2L通过调控Wnt-β-catenin信号通路活性来控制NPC增殖

针对ASH2L靶基因的 GO PathwayWiki pathway分析发现ASH2L结合部位的基因主要参与Wnt信号通路,并且ASH2L cKONPCWnt通路相关调节因子表达量下调。这表明ASH2L可能直接调节Wnt信号通路活性。接下来通过体内体外荧光素酶报告基因实验表明ASH2L可以通过调控Wnt-β-catenin通路活性,调节NPC增殖。研究者通过载体转染方式过表达β-catenin,进一步发现β-catenin可以弥补ASH2L缺失引起的NPC增殖缺陷。


综上,该研究通过RNA-Seq和后续验证性实验揭示ASH2L作为转录激活因子,调控Wnt-β-catenin信号通路的活性从而影响皮层NPC以及大脑皮层的形成发育该研究为探讨不同层次神经元时序性命运决定以及NPC增殖分化调控提供了一种新的分子机制。



原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.06.055

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124719308289


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