Sci Signaling：刘芳团队解析调控中间神经元迁移的秘密

来源：BioArt

γ -氨基丁酸（GABA）能中间神经元是神经元中的重要构成组分，占成年人类和啮齿目动物神经元的20-30%。在神经系统发育过程中， 中间神经元前体细胞起源于神经节隆起，并沿着背侧-腹侧轴跳跃式切向迁移，最后整合入大脑皮层。中间神经元迁移过程的异常与诸如自闭症和精神分裂症等多种神经发育障碍相关。虽然中间神经元的迁移的研究已有所深入，但是对于这一复杂生理过程的诸多方面还知之甚少。

多巴胺系统从很多方面影响GABA能中间神经元。多巴胺可以调控神经节隆起的中间神经元前体细胞的细胞周期。并且多巴胺受体在中间神经元中也有广泛表达，这也增强了多巴胺调控中间神经元功能的可能性。另外，有研究发现，在培养的小鼠脑切片中，激活多巴胺D1受体可以增强神经元有基底前脑到大脑皮层的迁移。但是，多巴胺D1受体调控GABA能中间神经元迁移的具体分子信号通路还不得而知。

突触Ras-GTP酶激活蛋白（synaptic Ras–guanosine triphosphatase–activating protein，SynGAP）对于突触的发育和功能至关重要，并且在认知及其他脑功能中都起着关键性作用。SynGAP在兴奋性突触的树突棘部位具有高水平的表达，并且，SynGAP通过与蛋白PSD95的相互作用调节NMDA受体介导的ERK/MAPK信号。SynGAP基因单倍剂量不足会减低出生后小鼠体感皮层第五层中parvalbumin阳性GABA能中间神经元的神经支配。但是，D1受体下游信号如何调控GABA能中间神经元迁移，SynGAP在胚胎期如何调控GABA能中间神经元以及其具体的分子机制等都需要深入研究。

2019年8月6日，多伦多大学刘芳教授课题组在Science Signaling杂志发表了题为Disruption of SynGAP–dopamine D1 receptor complexes alters actin and microtubule dynamics and impairs GABAergic interneuron migration的研究论文 (第一作者苏萍) ，阐释了D1受体通过与SynGAP的相互作用，调控GABA能中间神经元切向迁移的具体的分子机制。

在该项研究中，作者首先发现了在胚胎期小鼠的脑组织中，多巴胺D1受体与SynGAP存在相互作用，并且利用瞬转HEK293T 细胞确认这种相互作用受到D1受体活性的调控，激活D1受体可以增强该相互作用。利用GST 沉降技术，作者发现D1受体第三胞内环的一段氨基酸序列介导了D1受体与SynGAP的这种相互作用。为使人工合成的这段肽段得以穿过胎盘及血脑屏障，作者将这一肽段与人类HIV病毒TAT蛋白的穿膜序列融合，形成后续试验所用干扰肽段（TAT-D1Rpep）。同时，作者也在小鼠脑切片中确证，这一肽段可以竞争性阻断D1受体与SynGAP的相互作用。

由于已有的研究发现，激活D1受体可以促进GABA能中间神经元的迁移，那么利用这一干扰肽段便可以抑制GABA能中间神经元的迁移。作者对孕12-18天的母鼠给予腹腔注射该干扰肽段，并对胚胎18天的小鼠脑组织进行冰冻切片和使用GABA能中间神经元的标记物（calbindin）的抗体进行免疫荧光染色。通过对GABA能中间神经元的迁移路径进行calbidin阳性细胞计数分析，作者确证，注射TAT-D1Rpep这一干扰肽段的母鼠，其小鼠胚胎脑组织中GABA能中间神经元切向迁移减慢。另外，作者对培养的神经节隆起组织给予TAT-D1Rpep处理，24小时以后，发现细胞从培养的组织块向外迁移减慢，从离体实验进一步确证了TAT-D1Rpep的这一作用。同时，TAT-D1Rpep对于谷氨酸能神经元不存在这种减慢迁移的作用。作者进一步对小鼠出生后脑组织免疫荧光染色发现，这一减慢作用在小鼠出生后14天仍热存在，并且导致了小鼠成年后脑内GABA能中间神经元的定位出现异常。

利用转染的HEK293T 细胞、原代培养的神经元以及小鼠脑组织切片等模型，作者进一步发现，SynGAP通过与D1受体的相互作用，可以增强D1受体在细胞膜的定位，以及D1受体下游环化腺苷酸（cAMP）以及蛋白激酶A（PKA）的活性和p38的磷酸化。在细胞层面，神经元的迁移主要受到肌动蛋白和微管的调控。通过对原代培养的神经节隆起中间神经元给予TAT-D1Rpep处理，作者发现，TAT-D1Rpep通过阻断D1受体与SynGAP的相互作用，抑制肌动蛋白多聚化形成F-actin，以及抑制马达蛋白Dynein与微管结合，进而影响微管的动力学重组。

通过对孕期注射TAT-D1Rpep的小鼠胚胎脑组织的进一步分析，作者确证，TAT-D1Rpep阻断D1受体与SynGAP相互作用：1）抑制PKA的激酶活性，最终促进了蛋白Cortactin的蛋白酶解；2）：抑制D1受体介导的ERK1/2的激酶活性，降低了微管相关蛋白2（MAP2）的磷酸化，最终减低了马达蛋白Dynein与微管结合。通过这两方面的作用，TAT-D1Rpep最终抑制了GABA能中间神经元的迁移。另外，作者利用SynGAP的siRNA敲低SynGAP的蛋白表达，进一步确证了上述发现。

综上所述，在这项研究中，作者通过分子生物学，细胞培养，以及在体实验等技术手段，发现了D1受体以及SynGAP调控GABA能中间神经元迁移的具体的分子机制及信号通路，为研究GABA能中间神经元发育异常相关的疾病，特别是精神类疾病的发病机制及新疗法的研发，提供了新的思路和有价值的药物靶点。

原文链接：

https://stke.sciencemag.org/content/12/593/eaau9122