foxg1对胶质发生的调控

论文总字数：27875字

摘 要

神经胶质细胞是神经系统中除了神经元之外的另外一个重要组成部分，神经胶质细胞在中枢神经系统中发挥支持、营养和免疫的作用，但是随着对于端脑发育过程调控机制研究的进一步深入，越来越多的线索提示神经胶质细胞参与端脑发育以及神经网络建立的调控，神经胶质细胞的正常发育对于维持神经系统结构和功能的稳定具有重要的作用。Foxg1基因是FOX基因家族的重要成员，该转录因子强烈表达在端脑的胚胎发育中，作为调控大脑发育的一个重要的转录因子，Foxg1在端脑的发育过程中调控神经干细胞的增殖和分化。所以利用基因敲除技术时空特异性的敲除Foxg1从而研究该基因对胶质发生的作用有助于我们研究胶质的发育过程及其相关的调控机制。

本课题采用NestinCreER转基因小鼠和FoxG1条件性基因敲除小鼠作为工具鼠，研究在Nestin阳性的胶质前体细胞中敲除FoxG1后对端脑胶质发育过程的影响。主要选择在P0 来敲除FoxG1,我们的研究发现敲除Foxg1导致包括少突胶质细胞数目有非常显著的增加，这种增加是通过促进神经胶质细胞分化而不是前体细胞增殖来实现的，我们还检测了与胶质发育相关的信号通路如Notch，Jac-STAT等，初步探究了Foxg1参与神经胶质细胞发育的分子机制，为研究神经胶质细胞的发育以及神经胶质发育异常导致的精神疾病的发病机制提供一定的理论基础和动物模型。

关键词：Foxg1；Nestin；少突神经胶质细胞；胶质发生；

Abstract

A study for Foxg1 on the regulation

mechanism in Glial cells

Glial cells are another important component in nerve tissue other than the neurons, which function widely in nutrition, supporting and immunization of the central nervous system. Along with the further research on the regulation mechanism of the development of telencephalon, more research have indicated that Glial cells are involved in construction of neural network and regulating the development of telencephalon. Proper development of Glia cells has great impact on maintaining the balance between structure and function of central nervous system. Foxg1 gene is an important member of FOX gene family, as an important transcription factor for regulating the brain development, Foxg1 is reported in regulating proliferation and differentiation of neural stem cells at early stages of embryonic development.

To elucidate its role in postnatal gliogenesis, Foxg1^flox/flox mouse line and an inducible Cre mouse line NestinCreER^TM were mated to disrupting Foxg1 in glial precursor cells of telencephalon since postnatal day 0. Our work indicated that loss of Foxg1 results in observably increase in the number of both astrocyte and oligodendrocyte.

Further studies demonstrated that Notch signaling pathway may be involved in the development of glial cells.

Key words： FoxG1; Nestin; Oligodendrocyte; Gliogenesis

目录

中文摘要 1

Abstract 2

目录 3

前言 5

第一章 文献综述 7

第一节 神经胶质细胞的发生 7

1.1 神经胶质细胞概述 7

1.2 神经胶质细胞的发生过程 8

1.2.1 神经胶质细胞的发生模式 8

1.2.2 神经发生向胶质发生的命运转换 9

1.3 少突神经胶质细胞 10

1.3.1 少突神经胶质细胞的谱系发生过程 10

1.3.2 少突神经胶质细胞发育的调控机制 11

第二节 调控少突胶质发生的相关因子-FoxG1转录因子 13

2.1 FoxG1的序列生物学分析 13

2.2 FoxG1的动态表达情况 13

2.3 FoxG1调控中枢神经系统的发育 14

2.4 FoxG1与神经疾病的发生相关 15

第二章 材料与方法 16

第一节 实验材料 16

第一节 实验方法 17

第三章 实验结果与讨论 22

3.1 FoxG1在胶质干细胞中的表达 22

3.2 FoxG1在胶质干细胞中的时空特异性敲除 25

3.3 FoxG1的缺失导致少突神经胶质细胞的增多 26

3.4 FoxG1调控少突胶质细胞发育进程的研究 28

3.4.1 FoxG1的缺失对VZ区前体细胞发育的影响 28

3.4.2 FoxG1的缺失对OPC发育的影响 29

3.4.3 FoxG1的缺失对成熟的髓鞘化的胶质细胞发育的影响 31

3.5 FoxG1的缺失对前体细胞增殖和分化的影响 32

第三章 结论与展望 36

致谢 37

参考文献（Reference） 38

前言

神经胶质细胞，是神经组织中除神经元以外的另一大类细胞。它的分布很广泛，在中枢和周围神经系统中，其分布的数量远超过神经元，大约是神经元的数十倍。神经胶质细胞缺少轴突，在电镜下我们可以看见神经胶质细胞之间存在着低电阻通路的缝隙连接。由于对神经元功能的高度重视，我们却忽略了神经胶质细胞在神经系统中的重要作用，简单的认为其仅仅提供营养和支持的作用，随着对神经系统研究的不断深入，研究者发现神经胶质细胞却在神经发育的调控中起着不可替代的作用，但是与神经元发育相比，对神经胶质细胞的发育机制却知之甚少。

中枢神经系统存在着大胶质细胞和小胶质细胞两种类型，其中大胶质细胞主要包括少突胶质细胞核星型胶质细胞，在数量上大神经胶质细胞占绝对的优势。在大脑发育过程中，大神经胶质细胞中的星型神经胶质细胞以及少突神经胶质细胞均起源于脑室区的神经上皮细胞^[1,2]。与此相对应的小神经胶质细胞数量较少且在来源与上述三种不同，主要来源于血液中的巨噬细胞。

神经胶质细胞起源于室管层（ventricular zone，VZ）的神经上皮细胞，在大脑中主要在生后的发育过程中产生。中枢神经系统中所有的神经元和神经胶质细胞皆起源于位于椎管和脑室的神经上皮细胞。从产生时间以及产生数量上来看，两种细胞特别是星型神经胶质细胞的产生高峰也在生后出现，因此高等脊椎动物的生后发育是对神经胶质细胞和其调控机制进行研究的重要时期，以及对其和神经元的相互作用的研究，对神经元成熟与成活的调控的研究，对突触联系的建立以及神经网络的最终形成的研究都有着非常重要的意义^[3,4]。

转录因子在神经胶质细胞的发育过程中起着不可替代的作用^[5]。目前对于我们研究的少突神经胶质细胞，其特化、增殖、分化过程的主要转录因子有：抑制分化的PDGFRα、SOX5、SOX6等，促进分化的Olig1、Olig2、SOX9、SOX10等以及决定细胞增殖凋亡的PMP22、NeuroD1等^[6,7]。

不仅如此，在胶质发育的过程中，除了上述的转录因子外，FoxG1作为调控大脑发育的一个重要的转录因子也起着十分重要的作用。FoxG1是一个在端脑发育过程中强烈表达的转录因子，作为调控大脑发育的一个重要的转录因子其在端脑发育过程中发挥重要的调控作用^{[12, 13, 14, 15, 16, 17]}。但是，目前对于FoxG1的研究主要集中在端脑的新皮质、海马等区域的神经发生上，而对于FoxG1在中枢神经系统尤其是端脑中的胶质发生中的研究极少，并且对胶质发生的调控作用及其调控机制的研究目前还并不完全清楚。

为了对此问题做出解答，我们采用FoxG1^fl/fl小鼠和 NestinCreER转基因小鼠交配，最终获得FoxG1^fl/fl，NestinCreER^TM 基因型的子代小鼠，然后通过Cre-Loxp系统在生后发育的胶质干细胞中敲除FoxG1。研究在生后时期Nestin阳性的胶质前体细胞中敲除FoxG1后对端脑中胶质发育过程的影响。主要选择在P0d来敲除FoxG1，以在一定程度上避免FoxG1基因在发育早期由于神经发生对胶质产生的影响，从而进一步研究FoxG1基因在生后时期对胶质发生的特异的调控作用。我们的研究结果表明FoxG1对生后神经胶质细胞尤其是少突神经胶质细胞的发育过程具有重要的调控作用，我们在胶质前体细胞的产生区域VZ/SVZ区中特异性的敲除FoxG1会导致少突神经胶质细胞的异常增多，同时进一步的结果表明这种异常增多的现象是通过促进胶质前体细胞的分化而不是改变胶质前体细胞的增殖来进行的。此外我们还初步检测了FoxG1调控神经胶质细胞发育中的分子机制的变化，我们发现FoxG1可能是通过直接或间接的调控Notch信号通路以及胶质发育过程中一些特异性的转录因子，如：Olig2、SOX10等从而来调控胶质发育的过程。

第一章文献综述

1. ：神经胶质的发生

1.1 神经胶质细胞概述

神经胶质细胞是广泛分布于中枢神经系统内的，除神经元以外的所用细胞。与神经元相比较，神经胶质细胞虽有许多突起，但缺少轴突。神经胶质细胞大约占脑重量的一半，其数量很多，是神经元的数十倍。

在中枢神经系统中，神经胶质细胞是构成脑和脊髓实质的成分，并衬在脑室系统的壁上。从发生和起源上，可把中枢神经系统的神经胶质细胞分为两类：一类是由星型神经胶质细胞（Astrocyte 或 Astroglia）和少突神经胶质细胞（Oligodendrocyte）组成的大神经胶质细胞，是神经胶质的主要部分；另一类是小胶质细胞。

在中枢神经系统中，神经胶质细胞来源于神经管脑室区(ventricular zone)，主要包括少突神经胶质细胞、室管膜细胞、星形神经胶质细胞等三种；在周围神经系统中，神经胶质细胞发育自神经脊，此类细胞包括神经神经胶质细胞的施旺细胞及神经节中的卫星细胞。中枢神经系统（CNS）中的神经胶质细胞主要有星型神经胶质细胞、少突神经胶质细胞（与前者合称为大神经神经胶质细胞）和小神经胶质细胞等三种类型，在数量上大神经胶质细胞占了绝大多数。在大脑发育过程中，大神经胶质细胞中的星型神经神经胶质细胞以及少突神经胶质细胞均起源于脑室区的神经上皮细胞^[1,2]。与此相对应的小神经胶质细胞数量较少且在来源与上述三种不同，主要来源于血液中的巨噬细胞。

1.2 神经胶质细胞的发生过程

1.2.1 神经胶质细胞的发生模式

神经胶质细胞起源于室管层（ventricular zone，VZ）的神经上皮细胞，在大脑中主要在生后的发育过程中产生。中枢神经系统中所有的神经元和神经胶质细胞皆起源于位于椎管和脑室的神经上皮细胞。随着神经管的形成及其继续的进行分化，神经管管壁的细胞经过不断的重组、迁移发育成大脑和脊髓各个不同部位的组织。在神经发生的开始，神经上皮细胞随着迁移，分裂逐渐转变为放射状神经胶质细胞。随后，放射状神经胶质细胞产生中间状态的前体细胞（中间状态前体细胞是胚胎期端脑SVZ区（Subven-tricular zone）的主要的增殖细胞类型，并可能限制性的具有了神经元或胶质的命运。）或少突胶质前体细胞（Oligodendrocyte progenitor cells, OPCs），它们各自产生神经元或者少突神经胶质细胞。而后OPC进一步发育分化为CNPase、O4阳性的幼稚OL（Immature oligodendrocyte）, 并最终发育为MBP、PLP阳性的成熟OL（mature oligodendrocyte）^[2]。（图1.1）

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