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Ⅰ型无脑回症是一种十分严重的遗传性疾病,病人大脑发育畸形,大脑皮层外表的沟回数较正常人大为减少,其致病原因是在大脑皮层的发育过程中,神经元细胞从脑室区向外有序迁移的过程受到了破坏,导致不能形成正常的由六层神经元细胞组成的大脑皮层结构。
Ⅰ型无脑回症的致病基因LIS1编码的Lis1蛋白是一个十分重要的功能蛋白.过去的工作已发现Lis1和胞质动力蛋白复合体(cytoplasmic dynein)及核迁移因子Nudel(Nuclear distribution element like)构成了一个在进化上十分保守的功能性蛋白通路,参与细胞内物质运输、有丝分裂调控、细胞定向迁移等重要功能。另一方面,Lis1被证实是血小板激活因子去乙酰化酶Ib型(PAF-AH Ib)的调节亚基,和另外两个催化亚基α1及α2构成一个蛋白三聚复合体。虽然已经发现α1和α2在脑中和Lis1一样有着高表达,但它们的功能仍然未知,而缺失α1和α2在小鼠中也并不能引起大脑的异常。
在本论文中,我们发现,在培养细胞中过表达α2或α1能影响依赖dynein活性的胞内生理功能,造成高尔基体和内小体的囊泡弥散和有丝分裂阻滞。而α2的一个不能结合Lis1的突变体,α2E39D则不能产生同样的影响。生化实验证明,α2或α1能竞争性的结合Lis1,破坏Lis1和dynein复合体的相互作用,因此过表达α2能破坏dynein的活性,进而影响dynein参与的细胞内生理活动。同时过表达Lis1则能弥补α2对dynein依赖性的囊泡运输带来的影响。α2在细胞中的过表达也能竞争性的破坏Lis1和Nudel的相互作用,而同时表达α2和Nudel则同样能弥补α2的影响。为了进一步分析α2的表达在体内发育中的影响,我们通过胚胎电转系统,发现在发育中的大鼠大脑皮层神经元中过表达α2能抑制神经元从脑室区向皮层外周区的定向迁移,同时能影响神经元前体细胞的有丝分裂进程。而α2E39D则没有这样的效应。综上所述,这些结果表明α1、α2与Nudel和dynein复合体之间存在一个针对于Lis1的拮抗效应,并可能通过这种竞争性的结合在体内保持Lis1在双方结合量的平衡,从而调节dynein的活性。同时,这样的结果也帮助解释了在小鼠和人中的研究结果:即大脑发育的受影响程度与Lis1的表达量之间存在紧密的相关性。