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Cell子刊:自闭症相关明星蛋白CHD8是小脑发育和运动功能所必需的

时间:2021年04月20日 来源: 作者: 原创brainnews创作团队 标签:自闭症自闭症科研; 浏览次数:24989次
【摘要】 在Nestin-Cre/Chd8LF/F小鼠中出现的小脑发育不全是Chd8突变引起的GNP自主缺陷的结果。研究结果表明,与Chd8消融相关的小脑发育不全很可能归因于EGL中祖细胞库的早期耗竭,这是由于CHD8缺失的GNPs增殖减弱和过早分化所致。
【关键词】 自闭症,社会交往

文章来源:【公众号】brainnews;ID号:brainnews

染色质域解旋酶DNA结合蛋白8(CHD8)基因的突变是导致ASD的一个重要的危险因素。

尽管长期以来小脑异常被认为与ASD的发病机制有关,但是我们对小脑CHD8功能障碍是否导致ASD表型仍然未知。

近日,日本九州大学的KyushuUniversity团队在CellReports发表了“Theautism-associatedproteinCHD8isrequiredforcerebellardevelopmentandmotorfunction”报道了CHD8在小脑发育和运动功能中的重要作用。

1.CHD8消融小鼠脑导致小脑发育不良

通过在神经前体/干细胞中活跃的Nestin启动子的控制下,将携带有Chd8L等位基因的小鼠与表达Cre重组酶的小鼠杂交,产生Nestin-Cre/Chd8LF/F小鼠。Nestin-Cre/Chd8LF/F小鼠与对照同窝仔相比,表现出生长迟缓和体重减轻,在P14时表现出明显的小脑发育不全。

小脑的组织病理学检查显示,出生后的Nestin-Cre/Chd8LF/F小鼠出现小脑叶缺陷以及蚓部和半球的发育不全。因此,这些结果表明CHD8对于小脑的正常发育是必不可少的。

小脑发育发生在胚胎晚期和出生后早期,小脑颗粒神经元(CGN)祖细胞在外部颗粒层(EGL)内增殖。然后,颗粒神经元祖细胞(GNP)迁移到内部颗粒层并分化为CGN。有研究表明,CHD家族蛋白(例如CHD4和CHD7)在GNP增殖和分化中起关键作用。

在这项研究中,将Chd8LF/F小鼠与在GNP特异性Atoh1启动子或Purkinje细胞特异性Pcp2启动子控制下携带Cre转基因的小鼠杂交获得Atoh1-Cre/Chd8LF/F和Pcp2-Cre/Chd8LF/F小鼠。

与对照组小鼠相比,Atoh1-Cre/Chd8LF/F小鼠小脑的重量减少以及颗粒层中的Purkinje细胞表型异常,Pcp2-Cre/Chd8LF/F小鼠无显著变化。在Nestin-Cre/Chd8LF/F小鼠中出现的小脑发育不全是Chd8突变引起的GNP自主缺陷的结果。

2.CHD8调节颗粒神经元祖细胞的增殖和分化

接着,研究者们通过5-溴-2'-脱氧尿苷(BrdU)脉冲追逐分析来评估GNP的增殖。研究结果表明,与Chd8消融相关的小脑发育不全很可能归因于EGL中祖细胞库的早期耗竭,这是由于CHD8缺失的GNPs增殖减弱和过早分化所致。

此外,利用电生理分析小脑的形态异常是否可能与Chd8突变小鼠的生理表型有关。结果显示,Atoh1-Cre/Chd8LF/F小鼠的CGN中突触前和突触后功能均降低。

3.GNPs中CHD8的缺失会导致小鼠运动功能缺陷,但不会导致类自闭症行为

小脑参与运动协调和学习以及与ASD相关的行为,这项研究比较了GNP特异性和Purkinje-细胞特异性CHD8缺陷小鼠的运动行为。

Atoh1-Cre/Chd8LF/F小鼠表现出运动行为受损以及运动协调和平衡方面的缺陷,而Pcp2-Cre/Chd8LF/F小鼠与对照组相比无显著差异。

全身Chd8杂合突变小鼠表现出异常的社交互动,而Atoh1-Cre/Chd8LF/F或Pcp2-Cre/Chd8LF/F小鼠在社会交往和社会新颖方面均未表现出异常。

4.CHD8在GNPs神经元基因表达的激活中起重要作用

CHD8可能控制GNP中基因表达的分子机制,对这些细胞进行了CHD8抗体染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)分析。在Atoh1-Cre/hd8LF/F小鼠小脑中,由Slc17a7基因编码的水泡谷氨酸转运蛋白1(VGLUT1)蛋白在平行纤维-Purkinje细胞突触中的表达明显降低,以及分子层的VGLUT1阳性点显著减少,CHD8缺陷型GNPs突触相关基因表达下调导致平行纤维突触缺陷。

对50种在CGN中选择性表达的基因的RNA-seq数据进行了基因集富集分析(GSEA),显示与Atoh1-Cre/Chd8+/+小鼠的细胞相比,Atoh1-Cre/Chd8LF/F小鼠的细胞中这些CGN特异性基因的表达下调。这些结果表明,CHD8可能调节许多与突触和CGN相关的基因的表达,从而促进GNP的分化。

此外,CHD8缺乏可以通过在转录水平上抑制细胞周期调节子的表达来减弱祖细胞的增殖能力。CHD8对染色质可及性和基因反式激活的调节有助于GNP的分化。

综上,这项研究显示,小鼠小脑颗粒神经元祖细胞(GNP)特异性Chd8基因缺失不仅会导致小脑发育不全和运动协调障碍,而且还会影响这些细胞的增殖和分化,但不会导致ASD样行为异常。

CHD8可调节GNPs中神经元基因的表达,它还优先结合到启动子区域和调节这些细胞中转录活性基因的局部染色质可及性。因此,这项研究结果揭示了CHD8在小脑发育中的关键作用,这对理解这一脑区对ASD发病机制的贡献具有重要意义。

参考文献

Kawamura A, Katayama Y, Kakegawa W, Ino D, Nishiyama M, Yuzaki M, Nakayama KI. The autism-associated protein CHD8 is required for cerebellar development and motor function. Cell Rep. 2021 Apr 6;35(1):108932. 

doi: 10.1016/j.celrep.2021.108932. PMID: 33826902.

编译作者:Pika(brainnews创作团队)

校审:Simon(brainnews编辑部)


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