EAT-17和RABY3调控树突形态建成的分子机制研究

Formation of cell-type specific dendritic arbors is critical for neural circuit assembly. However, the molecular mechanisms underlying dendrite morphogenesis are still poorly understood. C. elegans PVD neurons specifically develop exuberant dendritic branches sandwiched by the skin and body wall muscles in the dorsal and ventral regions. Our unpublished results revealed that loss of eat-17 caused ectopic branch formation in the lateral region, while the number of branches in the dorsal and ventral regions was severely decreased. Similar ectopic branch formation defect was observed in the lateral region of knock-out mutants of raby3 and vesicular trafficking gene rab-6.2 or lin-10. Knock-down of eat-17 decreased the expression of SAX-7 in the skin cells. Thus, we hypothesize that EAT-17 and RABY3 regulate dendrite morphogenesis via trafficking/localizing the dendritic branching cue SAX-7. We plan to study how EAT-17 and RABY3 regulate dendrite morphogenesis by using assays including worm genetics, live cell imaging and biochemistry. This study will give us a better understanding on the molecular basis of dendrite development, and help us functionally re-build neural circuits to cure disorders such as neurodegeneration.

细胞类型特异的神经元树突分支形成是神经环路形成的基础。然而，树突形态建成的分子机制还未被完全阐明。秀丽线虫PVD神经元特异地在背区和腹区的皮肤-体壁肌肉之间形成大量树突分支。我们的前期工作发现，敲除eat-17导致PVD神经元在侧区异常地形成大量树突分支，而在背区和腹区的分支数目严重减少。敲除raby3或膜泡运输调控基因rab-6.2或lin-10导致类似的侧区异常分支增多表型。eat-17敲低导致皮肤表达的SAX-7蛋白水平下降。因此，我们提出以下假设：EAT-17和RABY3通过调控促树突分支因子SAX-7的运输和定位而调控树突形态建成。本研究将结合遗传学、活体显微成像和生物化学等多种手段，研究EAT-17和RABY3调控树突形态建成的分子机制。本项目的研究成果将会帮助我们更好地理解树突发育的分子机制，并为开发神经环路功能性重建以治疗神经退化等疾病提供理论支撑。

神经元树突发育是神经环路建成的重要前提。前人的大量工作揭示了多种促进树突分支的机制，然而，抑制树突分支的机制尚不明确。在本研究中，我们采用秀丽线虫多树突分支的PVD神经元作为模型研究这一生物学问题。我们开展了大规模正向遗传学筛选，获得了多个导致PVD神经元形成额外树突分支的突变体，发现这些突变体的树突发育缺陷是由于eat-17、raby3、bicd-1和lin-10等基因功能失活而导致。我们重点研究了EAT-17和BICD-1。EAT-17调控神经元树突发育不依赖于其N端的RAB GAP结构域，而依赖于其C端的coil-coil结构域。组织特异性拯救实验结果表明EAT-17在表皮细胞中发挥作用。热激启动子驱动的定时拯救实验结果表明EAT-17在幼龄四期抑制额外树突分支形成。敲除bicd-1导致与敲除eat-17相似的树突发育缺陷表型。组织特异性遗传拯救实验表明BICD-1也在表皮细胞中发挥功能。SAX-7是定位在表皮上调控树突导向和分支形成的配体蛋白。遗传学双突变体分析表明eat-17突变体中额外树突分支形成依赖于SAX-7/MNR-1/LECT-2配体复合物和树突受体蛋白DMA-1。敲除eat-17或bicd-1导致表皮细胞内SAX-7::GFP荧光信号增强和膜泡运输缺陷。生化分析表明EAT-17 C端的两个coil-coil结构域和BICD-1直接相互作用而组成一个复合物。综上，本研究揭示了EAT-17不依赖于其经典的RAB GAP功能，而是通过与BICD-1相互作用调控表皮细胞内的树突配体SAX-7膜泡运输而调控树突分支形成。本研究揭示了一项新颖的树突发育配体胞内转运调控机制，为理解人类树突发育的机制提供了理论借鉴。

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