PCDH12 缺失对皮质类器官模型中神经元分化和迁移的影响。该研究揭示了与 PCDH12 功能障碍相关的严重神经发育障碍的致病机制。
Protocadherins(PCDHs)是一种细胞粘附分子,可调节与神经元成熟、树突轴形成、轴突寻路和突触可塑性有关的许多重要神经发育过程。PCDH12 的双叶功能缺失变体与多种神经发育障碍(NDDs)有关。尽管 PCDH12 基因缺失会导致高度有害的结果,但人们对其在大脑发育和疾病中的作用却知之甚少。研究人员发现PCDH12 的缺失会严重影响大脑类器官发育,导致增殖区减少和层状组织破坏。他们还发现PCDH12 可调控神经元迁移,并认为这可能是通过一种需要 ADAM10 介导的外域脱落和/或细胞骨架调节因子膜招募的机制实现的。研究结果表明,PCDH12 在大脑皮层类器官发育过程中起着至关重要的作用,这为 PCDH12 相关 NDDs 的致病机制提供了潜在的原因。
本文的主要研究内容是探究PCDH12缺失对皮层类器官模型中神经元分化和迁移的影响,以揭示与PCDH12功能失调相关的严重神经发育障碍的病理机制。研究方法包括使用CRISPR-Cas9技术在干细胞中诱导PCDH12缺失,生成皮层类器官模型,进行免疫荧光染色、蛋白质分离、蛋白质组学数据分析等实验。具体步骤如下:
使用CRISPR-Cas9技术在干细胞中诱导PCDH12缺失,生成PCDH12敲除的干细胞系。
利用敲除PCDH12的干细胞系生成皮层类器官模型,观察PCDH12缺失对皮层类器官形态、神经元分化和层次结构的影响。
研究者们通过CRISPR-Cas9基因编辑插入致帧变体,包括先前在多名患者中报道的导致PCDH12缺失的变体(c.2511delG),生类干细胞模型;接着,培养脑类器官,观察PCDH12-KO 类器官与野生型(WT)对照组不同时期的形态差异。结果表明在缺乏PCDH12的情况下,神经元分化提前和/或更快地进行。
接着,他们试图了解 PCDH12-KO 类器官中神经元加速分化和异常分层背后的机制。先生成神经祖细胞的2D培养物(2D-NPCs),通过 BrdU 脉冲追逐实验评估了 WT 和 PCDH12-KO 2D-NPCs 的增殖潜力;然后,通过撤销成纤维细胞生长因子(FGF)诱导神经元分化;最后,进行神经球实验来评估缺乏 PCDH12 的神经元的迁移能力(图2G)。总之,2D神经元培养的结果支持他们在类器官中观察到的结果。
图2 PCDH12-KO 神经祖细胞表现出细胞周期提前终止、早期神经元分化和迁移能力减弱的现象。
研究者们检测了 PCDH12 是否促进了 WRC 的膜招募和肌动蛋白聚合。结果证明 PCDH12 在质膜上招募了 WRC;然后他们还进一步研究了 PCDH12 缺失对肌动蛋白细胞骨架动力学的影响。各项研究结果表明 PCDH12 的缺失导致肌动蛋白细胞骨架的动态性降低,肌动蛋白周转率降低。
他们在 ADAM10 GI254023X 的作用下进行了神经球迁移试验来探索是什么上游信号事件启动了 PCDH12 介导的 WRC 向质膜的招募。结果表明,将 WT 神经元暴露于 GI254023X 会破坏迁移,这与 PCDH12-KO 神经元的情况类似。证实这种效应是 PCDH12 特有的,因为没有观察到对照组和 GI254023X 处理的 PCDH12-KO 神经元的迁移模式有任何显著差异。
结果表明,PCDH12对脑类器官的正常发育至关重要,在分化和建立正确的祖细胞层和神经元层中发挥着关键作用;PCDH12 是通过一种涉及 PCDH12 外域脱落的机制来发挥其功能的,这种机制可通过旁/自分泌激活下游信号传导,促进神经元迁移。
研究发现,PCDH12缺失会导致神经元分化和迁移异常,从而引发严重的神经发育障碍。这些发现为神经发育障碍的治疗提供了新的思路和方向。例如,可以通过针对PCDH12缺失的治疗手段来纠正神经元分化和迁移异常,从而改善神经发育障碍的症状。此外,该研究还揭示了PCDH12与细胞骨架动力学调节因子的相互作用,这也为开发新的治疗手段提供了新的靶点。
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