肌小节通过UNC-52/Perlecan调控PVD树突末梢发育及微管蛋白调控PVD树突内质网形态和分布的机制研究

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树突在神经环路的信号接收和传递中具有重要作用,其功能主要依赖于树突的复杂分支结构。许多神经系统疾病相关基因与树突形态发育有关,因此解析树突发育的分子机制可以为相关疾病研究提供依据。目前关于外周感觉神经末梢如何通过与周围细胞相互作用完成形态发生的认识并不清楚。秀丽隐杆线虫高度分支的感觉神经元PVD的四级树突位于表皮和肌肉之间,具有非常规则的结构,为研究此问题提供了很好的模型。利用高速转盘荧光共聚焦显微镜我们发现表皮跨膜蛋白SAX-7在PVD四级生长的区域形成规则的条状定位,遗传分析的结果表明SAX-7的规则定位对PVD四级的发育是充分和必要的。通过遗传筛选我们发现基底膜蛋白多糖UNC-52和肌小节组装相关分子可以影响SAX-7在表皮的条状分布,UNC-52在肌肉表面的基底膜上也具有与SAX-7类似的比较规则的点状定位。抗体染色的结果显示,UNC-52与表皮SAX-7呈现相互间隔的位置关系,而蛋白结构域分析的结果表明SAX-7的胞内结构域决定其特异的条状定位。通过进一步的研究,我们发现UNC-52是通过影响表皮的半桥粒结构进而影响SAX-7的定位。综上,我们利用PVD为模型,发现肌小节组装相关分子及基底膜组分UNC-52可以通过影响表皮半桥粒的结构影响SAX-7的定位,进而决定了PVD树突末梢的形态,此结果表明肌肉来源的信号可以引导感觉神经元树突末梢的发育,首次为肌肉与神经元的相互作用指导树突发育提供了理论依据。  遗传性痉挛性下肢截瘫(HSP,Hereditary spastic paraplegia)是一种神经退行性疾病,目前认为神经元内质网(ER,endoplasmic reticulμm)形态异常是其主要的致病原因。利用体外构建的内质网和培养细胞为模型研究者已经发现了一些影响ER网络形成及分布的机制,但是在体神经元树突ER的形态调控机制目前知之甚少。利用ER特异的蛋白融合荧光蛋白来标记PVD神经元中的ER,我们发现PVD树突中的ER呈半充盈状态,即只有部分分支中可以观察到ER的分布,同时在部分树突分支点或者靠近分支点的位置会有点状聚集结构。电子显微镜和荧光漂白恢复实验的结果暗示此点状结构是ER在树突中形成的复杂网络结构。以PVD中的ER为模型,利用EMS诱变筛选我们获得了BEN-1/β微管蛋白的一个功能获得性突变,此突变体中ER在胞体近端分布增多同时远端的点状结构减少。遗传分析和活体实时成像的结果显示ben-1的功能获得性突变可能通过增强微管原纤维间的相互作用导致胞体附近微管数目增多,进而引起ER在此处的分布增多。通过同时记录ER和微管的动态变化然后利用kymograph分析,我们发现树突中ER的生长是依赖于微管的,并且ER既可以以滑行方式沿着微管快速生长,也可以与微管正端锚定在一起共同伸缩。遗传杂交的结果显示滑行机制中驱动蛋白和动力蛋白可以平衡ER在树突中的分布。综上,利用在线虫PVD神经元中建立的在体研究内质网形态的系统,我们发现微管蛋白及相关分子可以调控树突中的ER形态分布,首次在体内神经元中从分子水平揭示了微管动态调控对ER形态分布的影响。
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