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复旦大学周文浩/熊曼团队发现调控早期人脑发育的隐藏驱动因子SYTL3

已有 713 次阅读 2021-3-3 08:50 |个人分类:小柯生命|系统分类:论文交流

北京时间2021年3月3日凌晨,复旦大学附属儿科医院周文浩/熊曼研究团队Cell Reports上发表论文。团队成员董欣然博士利用前期与美国Jiyang Yu实验室合作开发的NetBID系列算法,分析了Brainspan数据库中发育不同阶段人脑及人胚胎干细胞来源不同阶段神经细胞的RNAseq数据,成功找到了调控早期人脑发育的隐藏驱动因子SYTL3


研究团队发现,脑发育过程中SYTL3可通过调节细胞外基质的重塑从而调节神经元的迁移这一重要事件。


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 人类大脑的发育是一个复杂的过程,包括神经细胞的增殖、分化、迁移、成熟及神经网络的建立等。在大脑发育的不同阶段受到各种不同关键基因的调控,这些关键基因功能的异常会导致多种神经系统疾病如巨脑回畸形、小头畸形、自闭症等。

 

然而,许多重要转录因子、信号蛋白(例如:蛋白激酶)可能不会出现DNA变异或mRNA或蛋白质表达水平差异,但它们可能通过蛋白质合成及降解、翻译后修饰、复合体形成或亚细胞定位等过程对其下游调控的靶标基因的表达产生巨大影响(即该基因的活性),很难被传统方法所识别(这类基因被称为隐藏驱动因子)。

 

为了验证这一最新成果,团队成员在体外将人胚胎干细胞定向分化至不同发育阶段的神经细胞(神经前体细胞、终末神经元)并进行RNASeq测序,发现SYTL3在神经元阶段表达水平最低,但其基因的活性却在这一阶段显著上升;敲除SYTL3基因显著影响了神经元的基因表达网络,而对其它发育阶段(胚胎干细胞、神经前体细胞)基因的表达影响较小。

 

该结果进一步证明在神经发育过程中SYTL3作为隐藏驱动因子对基因的调控作用。功能试验结果发现,SYTL3基因敲除不仅影响该胚胎干细胞系分化的类脑器官皮层神经前体细胞的分布及分化终末神经元神经递质的释放,还可通过上调基质金属蛋白酶MMP(matrix metalloproteinase,MMP)的表达调节细胞外基质的重塑从而促进神经元的迁移(图2)。

 

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图2


通过NetBID系列生物信息学算法(https://github.com/jyyulab/NetBID/)可寻找DNA/RNA表达未出现异常,但对于大脑发育或疾病发生有重要作用的隐藏驱动因子。此外,人胚胎干细胞系的神经元/类人脑器官定向分化可很好的模拟大脑发育过程,该方法结合基因编辑可对基因在发育或疾病发病机制中的重要作用进行深入研究。

 

目前,复旦大学附属儿科医院分子医学中心已完成了近5万例儿童罕见病的临床分子诊断,通过基因测序仅能明确约30%的脑发育性疾病致病病因,仍有70%左右的病人无法找到病因。通过开发生物信息学算法结合人胚胎干细胞/病人来源可诱导多能干细胞的实验验证,为寻找疾病的发病机理及潜在治疗靶点提供了新的思路和方法。


复旦大学附属儿科医院儿科研究所熊曼研究员自2016年回国以来一直从事发育性脑病及干细胞治疗脑损伤相关研究,以第一作者或通讯作者在干细胞领域专业期刊上发表多篇论文,其所在干细胞中心将招聘电生理技术员一名,请有意者请发送简历至man_xiong@fudan.edu.cn。

 

相关论文信息:

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.108802





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