Neuron︱重大发现：中心体微管成核调节在发育大脑中独立于极化的投射神经元的径向迁移

吴雁逻辑神经科学 2023-03-10

收录于合集 #发育神经生物学 34个

撰文︱吴雁

责编︱王思珍，方以一

编辑︱王思珍

构建大脑需要无数细胞的协调和动态编排。新生的投射神经元在皮层的脑室区（VZ）或脑室下区（SVZ）进行分裂后，在形态转变的同时，向皮层板（CP）的目的地进行径向迁移[1]。神经元在从多极形态过渡到双极形态之前，在中间区（IZ）的迁移过程中形成轴突；另一些则在开始运动后形成轴突，并留下一个轴突作为拖拽过程，然后继续生长。神经元如何控制这些相互交织的过程还不清楚。

微管（MTs）在神经元径向迁移和极化过程中起指导作用[2-4]。在迁移神经元中，MTs在引导过程中建立了力生成支架，奠定了负责跳跃神经胶质引导运动的核动力学运动。通过与肌动蛋白骨架的相互作用[5]，MTs也促进轴突的起始和生长。但是，将细胞体向CP方向移动，同时使轴突向相反方向生长的潜在机制是什么呢?

鉴于其作为关键的MT组织中心（MTOC）和信号枢纽的功能[6-8]，中心体可能参与径向迁移和神经元极化。中心体母中心粒可以转化为基底体，产生初生纤毛:参与新皮层发育的重要信号细胞器[9]，包括轴突发生。中心体在神经元极化过程中作为MTOC的作用尚不明确。果蝇的遗传研究和体外极化大鼠海马神经元中心体激光消融表明，轴突延伸可以独立于中心体发生。然而，在新生神经元中，中心体作为MTOC仍然活跃[10]，使其成为一些研究中提出的神经元极化的有吸引力的假设调节器[11]；然而，具体机制仍然不清楚。中心体MT成核甚至可能通过抑制或与中心体MT网络竞争成核因子和可溶性微管蛋白来抑制神经元极化。

中心体在径向迁移中的作用也有待研究。虽然中心体似乎控制投射神经元的径向迁移[12]，平行中心体损耗和凋亡信号抑制使用Cenpj/p53双敲除小鼠并不严重扰乱生理皮层分层。综上所述，中心体MT成核在径向迁移和轴突形成中的作用仍未明确。

近日，德国波恩神经退行性疾病中心轴突生长与再生实验室Frank Bradke团队在Neuron 上发表了题为“Centrosomal microtubule nucleation regulates radial migration of projection neurons independently of polarization in the developing brain”的最新研究文章，Vinopal和Dupraz等人将一种新型表达系统与活体成像、三维双光子成像和中心体消融相结合，证明神经元需要中心体微管成核来进行径向迁移，但不需要轴突形成。该研究重点发现：1. 神经元极化独立于中心体微管成核（CMN）。2. 当神经元进入皮层板时，中心体失去γ微管蛋白。3. 在径向迁移神经元中，CMN改变与细胞质扩张相关。4. CMN在发育中的大脑中独立于轴突形成调节径向迁移。（拓展阅读：Frank Bradke课题组研究进展，详见“辑神经科学”逻报道：Neuron︱调节成人中枢神经系统损伤的轴突再生的新通路）

为了研究中心体MT成核在神经元极化和径向迁移过程中的作用，作者开发了使其在新生神经元中失活的工具。MT成核的关键催化剂是γ-管蛋白环复合物（γ-TuRC），其主要的中心体靶向因子是神经前体细胞表达的发育下调148,49（Nedd1）。γ-TuRC在中心体外围富集50（图1A），但主要存在于细胞质中。细胞周期蛋白依赖性激酶5调节亚基相关蛋白2（Cdk5rap2）是一种中心体蛋白，它激活γ-TuRC以驱动中心体MT成核。为了取代中心体Cdk5rap2，作者在胚胎第17天（E17）培养的大鼠海马神经元中过量表达了与Aequorea coerulescens（Ac）绿色荧光蛋白（GFP）融合的中心体靶向羧基端域（CTD），以下称为C-CTD（图1B）。C-CTD定位于中心体，并在体外1天内取代了内源性Cdk5rap2（89%±6%，平均值±SEM）（图1C和1D），此时神经元是未极化的。表达缺乏中心体结合域（CBD）的AcGFP标记的Cdk5rap2片段（C-CTDDCBD），使内源性中心体Cdk5rap2保持完整（图1C和1D）。核心中心体蛋白centrin（图1A）的水平不受Cdk5rap2置换的影响（图1C和1D）。同样，在N-gTBD+C-CTD过量表达的神经元中，诺考达唑洗去后的MT再生（图1J）大大减少，与对照组中形成的明显和集中的中心体MT主形成鲜明对比（图1K和1L）。总之，作者的分子工具通过置换中心体上的γ-管蛋白而损害新生神经元的中心体MT核。这为研究神经元极化和迁移过程中中心体MT核的作用提供了机会。

图1 γ微管蛋白的移位损害神经元中心体MT成核