沈沁教授團(tuán)隊(duì)揭示轉(zhuǎn)錄因子ZEB1在發(fā)育的大腦新皮層中的功能和作用機(jī)制
哺乳動(dòng)物的大腦新皮層，由神經(jīng)管最前端的背側(cè)面發(fā)育而來，是一個(gè)高級(jí)組織化的六層結(jié)構(gòu)，幾乎掌管了所有的高級(jí)認(rèn)知功能（1）。大腦新皮層六層結(jié)構(gòu)的形成涉及到神經(jīng)干細(xì)胞和前體細(xì)胞的增殖和各種神經(jīng)元的分化，以及神經(jīng)元的遷移等多個(gè)生物學(xué)過程。若在發(fā)育過程中神經(jīng)元遷移被擾亂，就會(huì)影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的正確鏈接，引發(fā)嚴(yán)重的神經(jīng)遷移障礙，導(dǎo)致嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如自閉癥和無腦回畸形（2-4）。因此，研究大腦新皮層的發(fā)育和神經(jīng)元遷移的機(jī)制有著重要的臨床意義。鋅指E-盒結(jié)合同源盒蛋白1 （Zeb1）是大家熟知的上皮細(xì)胞-間質(zhì)轉(zhuǎn)型和腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵調(diào)控因子。ZEB1的突變與人類遺傳性眼疾和大腦發(fā)育缺陷相關(guān)聯(lián)。此外，在腦瘤和很多其他類型的腫瘤中ZEB1的表達(dá)水平顯著增高（5-7）。然而，我們對(duì)它在大腦發(fā)育中的作用卻知之甚少。
2019年5月21日，同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院沈沁團(tuán)隊(duì)在Cell Reports雜志上發(fā)表長(zhǎng)文ZEB1 represses neural differentiation and cooperates with CTBP2 to dynamically regulate cell migration during neocortex development，全面地研究了ZEB1在胚胎大腦新皮層中神經(jīng)干細(xì)胞及前體細(xì)胞分化和神經(jīng)細(xì)胞遷移中的調(diào)控作用及相關(guān)的分子機(jī)制。
首先研究人員通過在小鼠和人的胚胎大腦切片中染色確定了ZEB1蛋白表達(dá)位置和細(xì)胞類型：在小鼠及人的大腦皮層發(fā)育階段，Zeb1在神經(jīng)生發(fā)區(qū)即腦室區(qū)和腦室下區(qū)的神經(jīng)前體細(xì)胞中特異性表達(dá)，而在神經(jīng)前體細(xì)胞分化形成的神經(jīng)元中不再表達(dá)。
之后，通過子宮內(nèi)胚胎電轉(zhuǎn)這一可以在特定時(shí)間和區(qū)域改變基因表達(dá)的技術(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)操縱（敲減或過表達(dá)）Zeb1在小鼠胚胎大腦皮層細(xì)胞中的表達(dá)水平會(huì)影響正常的神經(jīng)分化和遷移過程。更為顯著的是，過表達(dá)Zeb1不改變神經(jīng)前體細(xì)胞的增殖卻改變了它們的分布和分化。這些過程伴隨著神經(jīng)分化轉(zhuǎn)錄因子—Neurod1的下調(diào)和滯后的多極性-雙極性轉(zhuǎn)變。持續(xù)地過表達(dá)Zeb1最終導(dǎo)致出生后的小鼠中出現(xiàn)嚴(yán)重的神經(jīng)細(xì)胞遷移缺陷，這些未遷移細(xì)胞在胼胝體位置形成異位帶（heterotopia），類似人類大腦疾?。ㄈ绨d癇、閱讀障礙、無腦回畸形）的異位帶特征。
通過高通量的RNA-seq和ChIP-seq，研究人員發(fā)現(xiàn)ZEB1調(diào)控一系列參與細(xì)胞分化和遷移的基因，如Neurod1, Unc5d, Gsn, Lmcd1。通過IP-MS的技術(shù)，研究人員在胚胎小鼠皮層組織里篩選ZEB1蛋白的互作蛋白，最終通過體內(nèi)免疫共沉淀驗(yàn)證了ZEB1與CTBP2的相互結(jié)合。研究發(fā)現(xiàn)，與Zeb1相似，過表達(dá)Ctbp2會(huì)影響細(xì)胞極性轉(zhuǎn)變并抑制神經(jīng)元的遷移。此外，通過構(gòu)建與CTBP2蛋白弱/不相互作用的ZEB1突變體并胚胎電轉(zhuǎn)，進(jìn)一步確定了ZEB1蛋白調(diào)控細(xì)胞極性轉(zhuǎn)變依賴于它與CTBP2的結(jié)合，而抑制Neurod1表達(dá)不依賴這個(gè)相互作用。
這項(xiàng)工作揭示了在大腦新皮層神經(jīng)前體細(xì)胞的發(fā)育進(jìn)程中需要及時(shí)下調(diào)Zeb1的表達(dá)來保證正確的神經(jīng)分化和細(xì)胞定位，也進(jìn)而表明Zeb1的動(dòng)態(tài)表達(dá)對(duì)于正常的皮層發(fā)育是至關(guān)重要的，并提示在大腦發(fā)育過程中ZEB1存在不依賴于EMT相關(guān)分子的作用機(jī)制。這些發(fā)現(xiàn)有助于理解神經(jīng)分化時(shí)復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制。
該工作第一作者是清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院CLS項(xiàng)目博士生王歡歡，通訊作者為同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院沈沁教授。清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院楊雪瑞教授及其學(xué)生肖正濤（現(xiàn)為杜克大學(xué)博士后）負(fù)責(zé)論文中高通量數(shù)據(jù)分析，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生鄭江莉、武君和首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院胡曉玲博士在實(shí)驗(yàn)方面給予了大力支持。
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