4月21日，國際學(xué)術(shù)期刊Cell Reports在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）朱學(xué)良研究組的研究論文“Wdr47 controls neuronal polarization through the Camsap family microtubule minus-end-binding proteins”。該研究揭示，Wdr47蛋白通過影響Camsap家族蛋白的亞細(xì)胞定位選擇性地調(diào)節(jié)微管動態(tài)性，從而調(diào)控胚胎發(fā)育過程中皮層神經(jīng)元的極化。

 

        神經(jīng)元（神經(jīng)細(xì)胞）是神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能單元。它們通常具有多根短而粗的樹突以及一根長而細(xì)的軸突分別用于接收和輸出生物信號。因此，神經(jīng)元不論在形態(tài)還是功能上都是高度極性化的。神經(jīng)元發(fā)育異常會導(dǎo)致精神或運動性疾病。樹突-軸突極性的建立過程被稱為神經(jīng)元的極化。在小鼠胚胎大腦皮層發(fā)育的中晚期階段，絕大多數(shù)皮層神經(jīng)元 （錐體神經(jīng)元）在腦室區(qū)經(jīng)由放射狀膠質(zhì)細(xì)胞的不對稱分裂誕生，并會沿著膠質(zhì)細(xì)胞的徑向突起朝外周皮層特定區(qū)域遷移。遷移過程中，它們會經(jīng)歷一個由“多極性”到“雙極性”的形態(tài)轉(zhuǎn)變，進而發(fā)育出樹突與軸突。體外分離培養(yǎng)的皮層神經(jīng)元同樣可以發(fā)育形成多根樹突和單根軸突，說明其具有一套細(xì)胞自主性的機制來建立和維持極性。微管的動態(tài)變化是神經(jīng)元極化過程中細(xì)胞形態(tài)轉(zhuǎn)變的效應(yīng)器，改變微管動態(tài)性或排列方式足以影響神經(jīng)元的極化過程。然而，目前只有少數(shù)微管調(diào)節(jié)因子能夠在體內(nèi)和體外的神經(jīng)元極化中都發(fā)揮作用，它們在細(xì)胞內(nèi)如何協(xié)作也不清楚。

 

        Wdr47是一種具有WD40重復(fù)結(jié)構(gòu)域的、高表達于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的蛋白質(zhì)。在本研究中，結(jié)合基因敲除、子宮內(nèi)胚胎電轉(zhuǎn)以及體外神經(jīng)元培養(yǎng)技術(shù)，研究人員證明了Wdr47是皮層神經(jīng)元極化的關(guān)鍵細(xì)胞自主性調(diào)節(jié)因子。Wdr47基因缺失會在個體水平導(dǎo)致新生小鼠呼吸窘迫與死亡；在組織水平造成腦白質(zhì)纖維束發(fā)育不全、側(cè)腦室擴張及皮層分層紊亂；在細(xì)胞水平抑制皮層神經(jīng)元的徑向遷移與“多極性-雙極性”轉(zhuǎn)變，并使體外培養(yǎng)的神經(jīng)元長出多根軸突。進一步研究提示W(wǎng)dr47通過影響微管骨架來調(diào)控神經(jīng)元極化：其基因缺失降低了極化早期神經(jīng)突起末端朝向的微管的動態(tài)性，而在野生型神經(jīng)元中過表達會抑制神經(jīng)突起的伸長與軸突的分化，還能中和低劑量的微管穩(wěn)定劑紫杉醇(Taxol)所誘導(dǎo)的神經(jīng)突起過度生長和軸突的過度產(chǎn)生。為探明其中機理，研究人員利用免疫共沉淀與質(zhì)譜技術(shù)研究分析了Wdr47的相互作用蛋白質(zhì)組，發(fā)現(xiàn)Wdr47可與微管負(fù)端結(jié)合蛋白Camsap家族相互作用，并可與Camsap3共同組織微管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而Camsap3的基因缺失也曾被報道會引起神經(jīng)元生長多根軸突。Wdr47的缺失不會造成Camsap家族總體蛋白表達量的變化，但卻在亞細(xì)胞定位水平影響了極化早期神經(jīng)突起中Camsap3的積累。而且，Camsap1或3的過表達可在體內(nèi)外系統(tǒng)中挽救Wdr47缺失造成的神經(jīng)元極化缺陷表型。以上結(jié)果表明，在神經(jīng)元極化的早期階段，Wdr47通過與Camsap蛋白家族相互作用，精細(xì)調(diào)控細(xì)胞局部區(qū)域微管的動態(tài)性和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，促進神經(jīng)突起恰當(dāng)?shù)膭討B(tài)重塑，從而保障極化過程的順利進行。該發(fā)現(xiàn)將有助于深入認(rèn)識神經(jīng)元軸突生長與分化的控制機理，以及新生兒呼吸窘迫癥和相關(guān)神經(jīng)疾病的發(fā)病機理。

        分子細(xì)胞卓越中心朱學(xué)良研究員和鄢秀敏研究員為本文共同通訊作者，研究組的博士研究生陳雅文和博士后鄭建群為本文共同第一作者，研究組的朱蕾以及上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的李小衛(wèi)副研究員和邵志峰教授為課題合作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項以及國家重點研發(fā)計劃項目的資助。