Wnt/β-catenin信号通路在SVZa神经干细胞增殖与分化平衡中的调控作用

摘要

SVZa是目前公认的成年哺乳动物神经系统中神经干细胞最为集中的部位，出生后嗅球中间神经元终身更新的来源。与其它部位神经干细胞相比，SVZa神经干细胞具有以下特点：(1)自产生起即具备发育为神经元的特征；(2)迁移过程中保持增殖状态和神经元特征而不进一步分化。(3)到达迁移终点后，才进一步分化为多巴胺能神经元和GABA能神经元。因为SVZa神经干细胞具有以上不同于其他神经干细胞的特性，使它成为研究神经干细胞增殖和分化的理想的细胞模型。另外研究表明：出生当天(P0)SVZa体积最大，所以本实验以体外培养的P0天SVZa神经干细胞为细胞模型。 Wnt/β-catenin信号通路在神经发育中发挥非常重要的作用。β-catenin是Wnt/β-catenin信号通路的重要组成部分。在神经发育过程中，Wnts及其受体和同一信号通路的相关分子以复杂的时间空间形式表达于神经系统中。过度表达Wnt1或者异常表达激活的β-catenin导致神经元数目明显增加，局部神经组织体积明显增大。在Wnt信号存在的条件下，β-catenin处于稳定状态，被运送到细胞核内，在细胞核内与核转录调控因子LEF/TCF家族结合，诱导相关基因表达。糖原合成酶激酶-3β(Glycogensynthasekinase-3βGSK-3β)是Wnt/β-catenin信号通路的另一重要组成环节，参与调控β-catenin的磷酸化，完全磷酸化的β-catenin随后被降解。β-catenin的激活或者抑制对于Wnt信号通路产生重要影响。β-catenin决定神经前体细胞处于增殖状态还是向神经元分化。但是关于Wnt/β-catenin信号通路调控神经干细胞的增殖和分化的分子机制仍然需要进一步深入研究。 国内外的相关研究表明：骨形成蛋白家族、bHLH家族以及细胞生长因子FGFs等在神经干细胞增殖和分化中发挥重要作用，研究报道较多的有：BMP2、Mash1、Id2、Hes1、bFGF等，并且它们与Wnt/β-catenin信号通路存在一定的相互作用。但是关于它们在神经干细胞增殖分化调控中的作用尚未完全阐明，以及Wnt/β-catenin信号通路和这些相关的信号分子之间的相互关系仍有待进一步深入研究。 在本课题中，在第一部分实验中采用免疫荧光技术检测Wnt1、β-catenin在SVZa神经干细胞迁移通路SVZa-RMS-OB的表达情况以及β-catenin与Nestin、MAP2、BMP2、Mash1、Id2、Hes1在体外培养的P0昆明小鼠SVZa神经干细胞的共表达情况，得到如下结果： 1、Wnt1在整个SVZa神经干细胞迁移通路SVZa-RMS-OB上均有表达。在OB表达最高，在RMS表达最低。 2、β-catenin在整个SVZa神经干细胞迁移通路SVZa-RMS-OB上均有表达。在SVZa表达最高，在OB表达最低。 3、β-catenin与BMP2、Mash1、Id2和Hes1在体外培养的SVZa神经干细胞共表达。 在第二部分实验中，采用BMP2、BMP2抗体及bFGF蛋白诱导，以及Wnt、β-catenin、Mash1、Hes1、Id2、Noggin、Smad6、Smad7质粒转染SVZa神经干细胞，采用MTT法、流式细胞仪检测、RT-PCR法研究Wnt，β-catenin，Mash1，Hes1和Id2在体外培养的SVZa神经干细胞增殖、分化中的作用，得到如下结果： 1、Wnt1促进SVZa神经干细胞向神经元分化；β-catenin促进SVZa神经干细胞向神经元分化。 2、Mash1主要表达于SVZa神经元祖细胞阶段，Mash1促进SVZa神经干细胞向神经元方向分化；Id2和Hes1抑制SVZa神经干细胞向神经元方向分化。 3、bFGF不仅可以和低浓度的BMP2共同作用促进神经干细胞的有丝分裂，抑制神经干细胞分化，有助于保持神经干细胞状态；而且与β-catenin共同作用促进SVZa神经干细胞向神经元方向分化。 4、低浓度的BMP2明显促进SVZa神经干细胞增殖，可能与促进SVZa神经干细胞β-catenin和GSK-3β的表达有关；高浓度的BMP2促进SVZa神经干细胞向神经元方向分化，可能与促进SVZa神经干细胞Mash1的表达有关；Noggin、Smad6和Smad7通过拮抗BMP2抑制SVZa神经干细胞向神经元方向分化。 在第三部分实验中，采用Westernblot对Wnt/β-catenin信号和其他信号分子的相互作用进行了研究。得到如下结果： 1、β-catenin在SVZa-RMS-OB的表达情况如下：胞浆蛋白中的表达情况：SVZa＞OB＞RMS，胞核蛋白中的表达情况：RMS＞OB＞SVZa。 2、随着BMP2作用浓度的增加，SVZa神经干细胞总蛋白中β-catenin表达增加，即BMP2促进SVZa神经干细胞中β-catenin表达。 3、Id2和Hes1促进β-catenin表达，而Mash1抑制β-catenin表达。 4、在增强SVZa神经干细胞中β-catenin表达的条件下，GSK-3β表达增强。BMP2，Id2和Hes1均可促进GSK-3β表达，Mash1抑制GSK-3β表达。 总之，通过对Wnt/β-catenin信号通路及相关信号分子在SVZa神经干细胞增殖与分化平衡中的调控作用的研究，结果表明：β-catenin不仅参与控制SVZa神经干细胞的增殖，而且影响SVZa向神经元分化的过程。在β-catenin和GSK-3β环节上，Wnt/β-catenin与其他信号分子，包括bFGF，BMP2，Mash1，Hes1和Id2，存在相互作用。SVZa神经干细胞内β-catenin表达的增强可能促进GSK-3β表达，GSK-3β拮抗β-catenin表达，两者处于一个动态平衡，共同参与调控SVZa神经干细胞的增殖和分化。它们的复杂作用部分通过与bFGF，BMP2，Mash1，Hes1和Id2等相关信号分子相互作用实现。Wnt/β-catenin信号通路及相关信号分子组成一个精密的调控网络，共同调控SVZa神经干细胞的增殖和分化。

目录

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摘要

前言

总材料和方法

第一部分 Wnt/β-catenin及相关信号分子在SVZa-RMS-OB通路及体外培养的SVZa神经干细胞中的表达

第二部分 Wnt/β-catenin及相关信号分子在SVZa神经干细胞增殖和分化中作用

第三部分 Wnt/β-catenin及相关信号分子在SVZa神经干细胞增殖和分化中的相互关系

总结

致谢

照片

参考文献

文献综述 神经干细胞分化调控的分子机制

学习期间发表主要相关论文