YAP调控大脑皮层发育中神经干细胞的增殖及机制研究

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Hippo通路在进化上保守存在并参与调控多条细胞途径,包括细胞存活、增殖、分化和器官大小。YAP蛋白是Hippo通路的核心组分,它通过与转录因子TEADs结合调节下游基因的转录表达,从而发挥相应的细胞学功能。已有研究发现Hippo通路与干细胞干性维持密切相关,在这一过程中YAP和TEADs在维持干细胞的多潜能性中发挥着重要作用,并有一些研究发现Hippo通路能够和其他信号通路整合协同维持干细胞的多潜能性。本文详细阐述了YAP蛋白在维持胚胎神经干细胞自我更新中的调控机理,如何与BMP2信号通路关联对胚胎神经干细胞增殖的调控;同时,本文还阐述了染色质重塑复合物与Hippo通路对胚胎神经干细胞的协同调控。  本文的第一部分研究的是BMP2信号通路与Hippo通路整合对胚胎神经干细胞增殖的调控。我们采用胚胎神经干细胞体外增殖的系统和神经球形成实验,用BMP2处理胚胎神经干细胞,我们发现BMP2信号的激活能够抑制胚胎神经干细胞在体外的增殖。进一步的研究表明,YAP基因的缺失会阻断BMP2信号激活对胚胎神经干细胞增殖的抑制。说明YAP蛋白可能参与BMP2通路对胚胎神经干细胞增殖的调控。通过荧光素酶报告基因系统,我们发现,BMP2抑制了YAP/TEAD1的转录活性,并且YAP与TEAD1的相互作用减弱,YAP与TEAD1在核中的共定位减少。同时我们还注意到,YAP/TEAD1转录活性被抑制的同时,BMP2通路的下游效应子Smads的转录水平是上调的。根据已有的研究报道以及免疫共沉淀的实验结果表明,YAP与Smad1/4的相互作用增强,并且是通过YAP的WW结构域与Smad1的PPxY基序的结合实现的。YAP WW结构域突变的蛋白无法抑制BMP2信号激活对胚胎神经干细胞增殖的抑制。这说明,BMP2信号激活活化了下游效应子Smad1/4,促进了Smad1与TEAD1竞争结合YAP,从而抑制了YAP/TEAD1的转录活性及核定位,并且这一过程是通过PPxY基序与YAP WW结构域的结合实现的。进一步的实验实现,在Smad4基因缺失的胚胎神经干细胞中,BMP2信号的激活不再影响YAP与TEAD的互作及转录活性,以及YAP在核中的定位也不再减少。这一结果更加证实了Smad1/4作为BMP2通路的下游效应子,在BMP2信号激活后能够与TEAD1竞争结合YAP,从而减弱YAP/TEAD1的转录活性。通过荧光定量分析实验,我们初步推断增殖相关基因ccnd1在BMP2信号激活,YAP或者TEAD1基因缺失的胚胎神经干细胞中的表达都是下调的,进一步的,我们通过染色质免疫共沉淀的实验证实,ccnd1是BMP2通路和Hippo通路关联调控的下游靶基因。该研究首次揭示了在胚胎神经干细胞增殖过程中,BMP2信号和Hippo通路整合对细胞增殖的调控机制。  在第二部分的研究中,我们采用子宫内胚胎电转技术研究在胚胎发育过程中,Hippo通路对大脑神经干细胞增殖发育的调控。我们发现,YAP基因的缺失改变了神经干细胞在大脑不同区域的分布,并且在脑室/脑室下区(VZ/SVZ)分布的减少是由于胚胎神经干细胞增殖减慢导致的,促进了神经干细胞的早期分化,细胞命运发生改变。我们通过串联亲和层析实验找到了一系列与YAP相互作用的蛋白,根据已有的研究报道染色质重塑复合物SWI/SNF与神经发育密切相关,我们将研究重点集中于SWI/SNF复合物的核心催化亚基Brg1。通过免疫共沉淀的实验我们证实了YAP与Brg1体内体外存在相互作用,另外,我们发现,Brg1基因缺失的表型与YAP一致,这说明,在调控胚胎神经干细胞增殖过程中,两者可能发挥协同作用。通过序列比对分析,我们知道Brg1也存在能够与YAP WW结构域结合的PPxY基序。免疫共沉淀的实验结果也表明,Brg1 PPxY基序的突变失去与YAP结合的能力。另外,我们通过荧光素酶报告基因系统检测了YAP/TEAD1的转录活性,发现Brg1能够促进其转录活性但是PPxY基序突变之后,这种促进作用减弱甚至消失。这说明,Brg1对YAP/TEAD1转录活性的促进是通过与YAP WW结构域结合实现的。还发现,在Brg1基因缺失的胚胎神经干细胞中,YAP蛋白与TEAD1的相互作用减弱。进一步研究发现,Brg1能够影响YAP在核中的定位。深入研究发现,染色质重塑子Brg1可能也参与YAP蛋白对下游增殖相关基因ccnd1的转录表达调控,不过这一结果还有待更进一步的讨论和探究。通过我们的初步探究,希望能够找到YAP蛋白招募染色质重塑因子Brg1调控胚胎神经干细胞增殖的分子机制。这对于染色质重塑关联Hippo通路对于胚胎神经干细胞增殖的调控机制的完善具有重要意义。
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