文摘
适当的纹理大脑皮层的要求策划运动性神经元从出生到目的地的地方。神经元迁移不当可能会导致各种各样的疾病,包括大脑畸形,如lissencephaly、精神发育迟滞,精神分裂症,自闭症。我们和其他研究已经涉及,微管和microtubule-associated蛋白质中扮演重要角色的规定神经元极化和神经元迁移。在这里,我们将回顾正常大脑发育和神经迁移的过程,描述神经元迁移的疾病,并将关注LIS1和克莱斯勒的microtubule-associated功能,参与调节神经元迁移和参与人类发育大脑疾病,lissencephaly。
1。介绍
定义细胞极化的关键是体内多种细胞类型的函数,例如,肠道上皮细胞和神经上皮,都显示一个apicobasal取向。神经元,这一部分从神经上皮的细胞生成,也与两个不同的高度分化的细胞主要从胞体结构:通常是一个薄的单轴突,信号传输的关键,和多个树突较短,用于接收信号。神经元的基本极性·拉蒙-卡哈尔首次承认,研究并描述了神经元的形态学一百多年前(1]。在大脑皮层中,两个主要类型的神经元被定义:兴奋性或glutaminergic神经元构成的大部分大脑皮层神经元,并抑制或gaba ergic中间神经元组成的少数神经元。这两种类型的神经元出生在身体不同的大脑区域,因此,他们需要迁移,有时很长的距离,达到他们的最终目的地(评论[2- - - - - -6])。基因突变,影响极性监管和发展中大脑的神经元迁移的过程,导致广泛的人类疾病。疾病的范围包括在更严重的端脑畸形,如lissencephaly-pachygyria光谱,它定义了各种疾病导致的大脑表面相对光滑,包括lissencephaly(光滑大脑表面),无脑回(无脑回),和巨脑回(广泛的脑回)。在其他情况下,大脑表面看起来正常,但神经元可以mislocalized,定义为皮质发育不良。位置和斜交的神经元的程度将进一步定义脑畸形的类型,例如;室周的异位(靠近心室),室异位(室管膜下),皮层下异位或乐队异位(神经元位于皮层下白质焦浓度或乐队)(评论[7- - - - - -13])。脑畸形患者通常会表现出发育迟缓,癫痫,癫痫发作,智力障碍取决于大脑畸形的严重程度。这些条件通常可以用大脑成像诊断,如MRI(磁共振成像)。然而,神经元迁移疾病并不总是被当前的非侵入性成像技术。微观胎位不正的神经元可以被发现在许多情况下,儿童癫痫外科手术后(14,15]。神经元极性和神经元迁移异常最常见的潜在精神发育迟滞的主要缺陷在许多情况下或智力障碍16,17]。此外,自闭症和精神分裂症也是疾病的频谱的一部分涉及到神经元极性和神经元迁移的监管18- - - - - -21]。精神发育迟滞或精神分裂症的患病率估计约占人口的1%;社会的负担是巨大的自患者生活几十年的障碍。集体,可以欣赏各种各样的神经元极性和神经元迁移疾病显著影响我们的社会。因此,对这些疾病的分子机制的理解,也可能影响治疗策略,是广泛的公共利益。
在这里,我们将回顾正常神经元细胞出生和迁移的过程,然后将强调在这一过程中微管的作用,如果出错,将描述发生了什么特别强调LIS1 microtubule-associated功能和克莱斯勒。
2。大脑皮层的神经元的诞生
大多数神经元在大脑皮层,锥体或兴奋性神经元,出生在心室区内或subventricular区(评论[22- - - - - -26])。在早期的发展过程中,神经上皮的细胞增殖主要生成额外的祖细胞(综述[22,26])。后,两种类型的祖细胞在心室区定义;他们中的大多数是横跨整个的放射状胶质细胞皮层墙和保持联系的心室和软膜的表面在有丝分裂中,和少数的短神经前体具有心室endfoot和基底过程可变长度的收回了在有丝分裂期间(27,28)(图1)。径向神经胶质神经祖细胞的主要人口占据增殖心室区发展中哺乳动物的大脑皮层(29日- - - - - -31日]。径向神经胶质细胞作为祖细胞在中枢神经系统(所有地区32]。径向神经胶质细胞表现出典型的interkinetic核迁移,细胞核移动细长的神经上皮的祖细胞的细胞质内与细胞周期同步化阶段(33,34)(审查(35])。细胞核增殖区,提升到上面的地区的心室区,后来在S期和下降的顶端部分心室区(图2)。有丝分裂仅限于最顶端区域的心室区核完成后下降。细胞核内的变量定位心室区pseudostratified祖细胞层的出现的基础称为心室区(图2)。
径向神经胶细胞前体干细胞进行对称和不对称分裂而产生大量不同的皮质细胞类型。然而,相对取向的解理面没有定义的分歧是否对称或不对称36,37),而是顶端质膜的相对遗传决定子细胞的命运是否对称或不对称38- - - - - -42]。祖细胞的不对称分裂将导致自我更新,还会产生更多的子细胞,中间祖细胞(也称为基底祖细胞),外subventricular区祖细胞或神经元postmitotic [43)(审查(24])。在开发期间,有一个逐步从增殖分化转移到神经性的分歧。这是伴随着逐渐延长的细胞周期44]。进一步的研究表明,人工细胞周期的延长可以足以开关神经上皮细胞增殖的神经性的部门(45,46]。
第二个增殖区大脑皮质的兴奋性神经元是subventricular区。通常在这个区域中,祖细胞分裂以对称方式,并与径向神经胶质相比,流程不接触顶端或软膜的表面。这些中间或基底祖细胞的子细胞或神经上皮的放射状胶质细胞位于心室区(43,47- - - - - -49)(评论(22,24,50])。中间祖细胞有丝分裂中主要是subventricular区,但应该注意的是,他们还可以接受部门的心室区和中间区(51,52]。典型发展中皮层中间祖细胞通常接受一个终端对称分裂,产生两个神经元,而一些细胞经过两轮对称分裂(图1)。
在灵长类动物和人类,subventricular区普遍扩大,他们开发一个额外增生性地区称为外subventricular区(53- - - - - -55]。分子标记细胞在灵长类动物的研究表明,细胞分裂外subventricular区和心室区配合的主要波皮质神经发生,这表明外subventricular区神经元细胞产生(56,57]。外subventricular区被发现包含两种类型的祖细胞:径向glia-like细胞和中间祖细胞(58,59]。外subventricular区径向glia-like细胞基底很长过程;然而,缺乏与心室表面接触。这些细胞发生增殖分化和自我更新的不对称分裂产生神经祖细胞进一步增殖,也能生成神经元。最初人们认为这些细胞只存在于灵长类动物,但类似的祖细胞也被观察到在很亲近,如雪貂(59和老鼠40,60]。
抑制性神经元,gaba ergic神经元,出生在一个不同的位置比兴奋性神经元。大部分的gaba ergic神经元出生在腹侧端脑的一部分,在subpallium [61年评论]([62年- - - - - -64年])。更具体地说,内侧神经节隆起(兆欧)和尾侧神经节的隆起(cLGE)(也称为尾神经节隆起的背方面(dCGE))产生的大部分大脑皮层gaba ergic中间神经元(65年]。然而,额外的皮质来源gaba ergic中间神经元的喙的教育法,subpallial隔,胚胎侧视前区(POA) [66年- - - - - -68年)(图3)。径向神经胶质细胞祖细胞抑制性神经元以及兴奋性神经元(32评论]([69年- - - - - -71年])。这些祖细胞不仅结构相似,但兆欧的腹侧祖细胞被证明也进行不对称细胞分裂产生皮层中间神经元(72年]。此外,皮层抑制性中间神经元的空间组织克隆的单位生产发展腹端脑。然而,尽管径向神经胶质细胞在大脑皮层的不同区域出现形态相似,他们不共享相同的分子的身份。端脑的心室区径向神经胶质细胞表达的转录因子Pax6和Emx173年,74年]。在他们的缺席,细胞转换他们的命运腹端脑的细胞(75年]。径向在腹侧端脑胶质细胞表达不同的转录因子基因,例如,Gsx1 / Gsx2和Olig2 [73年,76年,77年]。除了径向神经胶质细胞增生,腹侧端脑包含多个中间祖细胞,它分对称产生中间神经元(76年,78年]。这些激增的祖细胞的重要来源是中间神经元自subventricular区腹侧的端脑比大脑皮层。
3所示。大脑皮层神经元的迁移
正如上面提到的,神经元通常出生在一个位置,这不同于终极目的地。因此,神经元需要从他们的出生地迁移到最终位置使用几种类型的细胞运动性(综述[2,4,6,79年- - - - - -82年])。的位置神经元在大脑皮质层的定义取决于他们的出生日期和适当的运动从出生地到准确的位置。六层的神经元的大脑皮层是由出生在不同的领域,但随后组织根据他们的出生日期(83年,84年]。有趣的是,这个组织并不是唯一的兴奋性神经元。许多中间神经元和神经元兴奋性,是出生在一个类似的时间最终占据相同的皮层层;然而,很少知道这个神奇的协调是实现85年- - - - - -88年)(审查(69年])。神经元相对较晚出生在corticogenesis驻留在浅层次上的年长的神经元,从而构成一个由内向外组织。在发展早期,这些细胞通常使用移动电话。沿着这条路线后,神经元迁移附加径向神经胶质,它们提供了一个临时支架,定向迁移(2- - - - - -4,89年,90年]。沿着径向神经胶质神经元迁移表现出双相结构。一旦这些细胞达到软膜的表面或其正确的位置,他们从径向分离神经胶质,继续朝着正确的层流的位置。不同模式的迁移,即切向迁移,是受雇于中间神经元,神经胶质纤维系统的迁移无意中在飞机(2,4,80年,85年,91年]。一旦他们到达大脑皮层,他们采用径向路线,沿径向神经胶细胞迁移到适当的层流位置(66年,92年- - - - - -One hundred.)(移民路线示意图如图3)。因此,即使只有径向迁移路线中断,抑制性神经元在大脑皮层的地位将受到影响,因为它们使用的切向和径向的路线。
新成立的心室区神经元接受pin-like结构初始形态过渡到最后有丝分裂后(101年]。这些细胞仍然缺乏一个前沿,中心体向心室endfoot本地化。心室endfoot就收回了,神经突细胞采用多极结构,扩展在多个方向。实时成像的在子宫内转染细胞表明,径向迁移的每个神经元经历这个复杂形态过渡(4,102年,103年]。这已成为明显的瞬态形态遗传操作,尤其敏感的可拆卸的多个基因导致积累停滞与多极神经元形态学(评论[104年,105年])。多极阶段是瞬态,其次是取得双相形态(43]。神经元重新定义他们的极化;他们首先扩展一个轴突,这将是未来的后缘,东方面前的中心体细胞核,并生成一个前沿,树突的某些特征(106年]。在径向迁移大脑神经元,中心体在前进的方式,而原子核,组成大部分细胞的身体,遵循这一运动逐步的方式(107年- - - - - -110年]。未能把原子核将转化为异常迁移,影响适当的层状组织发展中皮层。因此,正常的迁移过程中,细胞会改变自己的形态,一个双相,继续沿着径向神经胶细胞迁移以有序的方式(图1)。因此,收购极性必须启动和目标定向运动性神经元的连续性。
4所示。神经元微管和中心体
神经元的形态变化发生在迁移需要协调监管的细胞骨架(审查18])。我们将关注微管,神经元细胞骨架的关键部件。微管是细胞长亚基的α-和beta-tubulin组成的聚合物。他们表现出的动态不稳定,可以可视化在体外(111年,112年),在活的有机体内(113年- - - - - -115年]。微管展览一个继承极性,微管蛋白亚基是优先+结束。细胞的微管细胞骨架参与构建,为运输提供定向rails胞内细胞器和不同的货物(审查(116年])。在神经祖细胞和早期出生的神经元,大部分的微管是从微管组织中心,中心体,其适当的功能和细胞内定位被认为是非常重要的细胞增殖和迁移(评论[18,35,81年,105年,117年,118年])。
在两极分化的神经元,它提出了中心体的位置可能预测未来的轴突的位置(119年,120年]。然而,这种观念受到质疑后几个发现。神经元的盖的后脑原子核在斑马鱼中,轴突结果发生在明确中心体的距离(121年]。可能,早前暗示极化是N-cadherin的相对位置。内源性N-cadherin发现定位到一个极点的新生的神经元,从第一个会出现神经突122年]。高尔基体和中心体朝着这个新成立的形态极在第二个步骤中,它是由PI3 K(磷酸肌醇3-kinase)和肌动蛋白/微管细胞骨架。
在成熟的神经元,acentrosomal微管的比例明显高于(审查(117年])。与神经元迁移相比,成熟神经元的轴突包含微管形成一个连续的数组,从细胞到生长锥在其远端提示(全面审查123年])。它已经表明,中心体失去作为microtubule-organizing中心在发展中海马神经元(124年]。最重要的是,在成熟的神经元微管阵列高度有组织的关于他们内在的极性。早期的研究已经确定的方向在成熟神经元微管电子microscopy-based技术(125年]。大多数的微管在轴突导向与plus-ends面对生长锥,在树突微管的两个方向。薄,远端树突展览单极微管方向类似于轴突的(回顾[116年])。实时成像使用荧光标记的左端的跟踪蛋白质(EB3-GFP)证实这些发现和增强的能力迅速评估在文化和微管的取向在活的有机体内(126年]。
5。在人类神经元迁移和大脑发育的赤字
赤字在人类神经元迁移为我们提供了见解在监管机制参与这个过程。异常的神经元迁移可能会导致皮质畸形,在极端的情况下,大脑是光滑(lissencephalic)缺乏最正常的典型的大脑沟回。Lissencephaly(即。,smooth brain) is a severe human neuronal migration disorder (review [127年])。基于大脑组织学;两种类型的lissencephaly定义:I型或古典lissencephaly和II型或鹅卵石lissencephaly [128年]。而在我大脑皮层由四层类型,在II型离散层形成。此外,在II型lissencephaly,表型的表现包括小脑和脑干以及其他器官,如眼睛和肌肉,一直指出[129年]。混乱的皮质层主要反映在兴奋性神经元迁移赤字。但应该注意的是,抑制性神经元的迁移也减少(130年]。神经元兴奋性和抑制性神经元之间的失衡是癫痫的根本原因之一。因此,毫不奇怪,癫痫是一种常见的功能lissencephalic患者(131年]。
在多个基因突变与I型lissencephaly有关,其中lissencephaly-1(LIS1)[132年),x连锁的基因doublecortin(克莱斯勒)[133年,134年),而微管蛋白α1(TUBA1A)[135年- - - - - -137年]。表型特征是缺席(无脑回)或减少(巨脑回)旋转,产生一个表面光滑的大脑皮层(浓集138年]。一些差异被发现在lissencephaly由于突变的情况下LIS1与突变克莱斯勒。在的情况下LIS1突变,大脑是在大脑的背部分影响更大,而克莱斯勒突变影响更多的吻侧部分(139年,140年]。此外,研究有限的两个胎儿的大脑,一个突变LIS1和其他突变克莱斯勒,显示不同的组织学(141年]。在LIS1变异大脑皮质(灰质)显示一个特征倒组织,也叫“基础课皮层”,而在克莱斯勒突变的大脑,大脑皮层显示约下令“six-layered”纹理。建议额外的研究,尤其是克莱斯勒突变,大脑可能有助于澄清这个问题。皮层下带异位(SBH)是一个相关的障碍有两国乐队的灰质插入皮层之间的白质和侧脑室。双皮层(SBH)是很常见的女性在克莱斯勒与突变(133年,134年]。SBH也可以观察到在体细胞或轻微突变的情况下在LIS1 [142年,143年]。Lissencephaly和SBH已经观察到在不同的相同的大脑区域,定义一个“agyria-pachygyria-band光谱(140年]。突变TUBB2B被关联到一个不同的大脑畸形,不对称双边polymicrogyria [144年]。Polymicrogyria特点是一个没有条理的皮质纹理,多个小的存在,部分融合脑回由浅槽,产生不规则的皮质表面(145年]。部分重复LIS1内发现有头小畸型患者(减少大脑的大小),神经发育延迟,而深刻的白质萎缩没有lissencephaly [146年]。所有上述基因的蛋白质产物,微管蛋白,LIS1,和克莱斯勒参与形成和调节微管,在大脑发育的过程中起着重要的作用。
明显的赤字减少神经元迁移负责很大一部分儿童精神发育迟滞和癫痫的病例(8,14,147年]。此外,它提出异常神经元迁移中也扮演了重要的角色在精神分裂症和自闭症谱系障碍(asd)(评论(148年- - - - - -150年])。因此,有多个例子表明一个强大的智力障碍和异常在神经元迁移之间的联系2,105年]。MARK1 / Par1提出了作为孤独症易感基因(151年]。马克(microtubule-associated蛋白质/微管affinity-regulating激酶)组成一个小家庭的蛋白质(152年),首次发现调节微管的动态(153年,154年]。LIS1用量的增加也会损害大脑正常发育的过程和结果在发育迟缓,智力迟钝,自闭症(155年- - - - - -157年]。的一个报道LIS1剂量增加表现出癫痫发作的患者,这符合西方古典综合征的诊断(131年]。
此外,区域包含的微小缺失MAPT(microtubule-associated蛋白质τ)基因,编码的τ蛋白,结果与相关的变形特性(中度精神发育迟滞158年- - - - - -162年]。microdeletion综合症的频率估计是1:13000 - 1:20000年,因此建议为精神发育迟滞是一个共同的深层原因。MAPT是为数不多的几个基因在microdeletion轨迹;在发育中的大脑中表达的强烈163年,164年,有人建议在神经元迁移发挥作用。τ是研究大脑丰富,microtubule-associated蛋白,最初识别由于其能力增强微管聚合在体外(165年,166年]。严格监管的动态不稳定微管允许快速增长和萎缩阶段之间的过渡是必要的适当的神经元迁移。此外,需要注意的是,调节合适的微管动力学和轴突运输在多个神经退行性疾病中起着重要作用;这个话题已经广泛地查阅并不是当前的重点审查(例如,123年,167年- - - - - -174年])。
6。LIS1和克莱斯勒:微管和细胞极性
LIS1之间的紧密关系,微管调节和microtubule-based马达蛋白已经证明在许多生物体。第一功能见解LIS1及其作用,调节微管和microtubule-based汽车来自研究真菌,曲霉属真菌nidulans莫里斯,在屏幕上进行的实验室。真菌在LIS1突变,指定曲霉属真菌nidulansnudF(核基因F)分布表现出损伤的能力将核沿微管在菌丝生长。有趣的是,alpha-tubulin基因的突变抑制突变裸露(动力蛋白重链),nudC (LIS1相互作用的蛋白质),nudG(动力蛋白光中间链)和nudF175年]。我们已经表明,LIS1与微管蛋白和调节微管动力学在体外(176年),这表明进化保守LIS1函数。LIS1的角色在维持正常的微管网络组织在活的有机体内已被证明在哺乳动物细胞(177年- - - - - -179年),在细胞的简单的有机体盘基网柄菌(180年]。LIS1-microtubule交互和其它可能LIS1交互受到磷酸化(181年]。除了LIS1直接作用在调节微管蛋白动力学,LIS1与大量microtubule-associated蛋白质(地图)。这包括与克莱斯勒的互动(182年),夹- 170 (183年],MAP1b [184年]。此外,LIS1可能影响肌动蛋白聚合通过Cdc42 IQGAP [185年,186年]。
进化的保守功能监管的LIS1细胞质动力蛋白在真菌,首次指出曲霉属真菌nidulans。的三个曲霉属真菌nidulansnud基因(裸露,nudI nudG)是细胞质动力蛋白的亚基,microtubule-based马达蛋白,和第四个基因,nudK,动力蛋白的一部分监管复杂dynactin [187年- - - - - -189年]。遗传相互作用的LIS1动力蛋白/ dynactin / microtubule-mediated途径也被建议从早期开发工作果蝇(190年- - - - - -192年),证明LIS1动力蛋白重链,是至关重要的细胞分裂,核定位,卵母细胞分化。此外,还在酿酒酵母,LIS1直接同源被发现参与核迁移(193年),它是由微管动力蛋白和监管的途径(194年]。动力蛋白的进化LIS1保护途径一直延伸到哺乳动物,它与几个子单元的逆行,microtubule-based电动机复杂动力蛋白/ dynactin [177年,178年,195年,196年]。它调节细胞质动力蛋白的活动(177年)和参与几个dynein-mediated活动,如细胞内运输(197年,198年),组织细胞内的细胞器(199年- - - - - -201年),和有丝分裂195年,202年- - - - - -204年]。
与其他已知的蛋白质相互作用动力蛋白,LIS1动力蛋白结合域(205年)(审查(206年])。LIS1发现加强dynein-microtubule互动(205年,207年)(审核(208年])。此外,它提出了LIS1可能在启动dynein-driven运动性(209年]。单分子激光珠陷阱分析显示,LIS1大大延长负荷下动力蛋白摊位(207年]。LIS1绑定,动力蛋白在强microtubule-bound被捕,尽管ATP水解仍可以继续205年]。
LIS1和细胞质动力蛋白中扮演重要角色的极性微管的监管。正如上面提到的,轴索的微管通常是面向统一plus-end-distal;然而,没有动力蛋白或LIS1,轴突包含+ -和minus-end-distal微管(210年]。可能这个混合极性微管允许的条目的树突细胞器和蛋白质轴突(210年]。
LIS1本身已被证明是一个货物的顺行电机Kinesin-1 [211年,212年]。与NUDEL Kinesin-1互动(核分布蛋白质nudE-like 1) / LIS1/14-3-3epsilon复杂通过DISC1(1)精神分裂症和干扰的复杂蛋白质定位和轴突产物的影响。
克莱斯勒为特征作为microtubule-associated蛋白质(地图)213年- - - - - -215年)后不久发现x染色体的基因突变情况下lissencephaly [133年,134年]。克莱斯勒促进成核和组装,13-protofilament微管的稳定性(216年,217年]。克莱斯勒与晶格的微管和稳定13-protofilament结构通过一个合作互动,在克莱斯勒分子减少他们的邻居的离解率(218年]。克莱斯勒是一个小的一部分总科的蛋白质,以一个或两个守恒的克莱斯勒的存在域(219年,220年]。有趣的是,大多数突变是发现lissencephaly患者集中在定义良好的克莱斯勒域(221年,222年]。我们展示了一个物理LIS1和克莱斯勒之间的互动,和在体外两个蛋白促进微管蛋白聚合在一种添加剂的方式182年]。基因之间的相互作用LIS1、克莱斯勒和细胞质动力蛋白也被建议(223年]。克莱斯勒也参与肌动蛋白细胞骨架的规定,直接或间接的方式(224年- - - - - -226年]。额外的交互之间观察到克莱斯勒和μ子单元的网格蛋白适配器复合物(227年]。在发展中培养的神经元,克莱斯勒调制内吞作用,从而neurofascin的表面分布。有趣的是,此活动已被证明是独立于克莱斯勒与微管的交互(228年]。
克莱斯勒之间的交互和微管监管,至少部分,通过磷酸化。克莱斯勒是由至少四个不同的激酶磷酸化:物(229年],Cdk5 [230年,231年),蛋白激酶A (PKA)和/或马克/ PAR-1家族的蛋白激酶(232年GSK3],β(233年]。蛋白磷酸酶1 (PP1)已被证明脱去磷酸有些网站(234年,235年]。在体外分析表明克莱斯勒Cdk5的磷酸化,PKA,马克的亲和力降低克莱斯勒微管(230年,232年]。由不同的激酶的磷酸化克莱斯勒产生不同的输出;Cdk5-mediated磷酸化抑制克莱斯勒的能力促进微管捆绑和抑制轴突分支(230年,234年GSK3],而β全身的磷酸化的克莱斯勒提升克莱斯勒的功能调节轴突分支和自力接触(233年]。克莱斯勒在分支的影响可能也与肌动蛋白细胞骨架的交互。克莱斯勒损耗显著延迟抵押品分支在海马神经元的频率也明显降低actin-rich补丁以及海马轴突(236年]。克莱斯勒不仅影响轴突的发展而且树突分枝[237年]。
微管稳定由克莱斯勒首选基质驱动蛋白(238年]。此外,克莱斯勒最近发现与驱动蛋白家族的一员,即Kif1a, Kinesin-3分子马达蛋白交通量突触囊泡(239年]。神经元缺乏克莱斯勒和/或其封闭的家庭成员,doublecortin-like激酶1 (Dclk1)显示,受损Kif1a-mediated Vamp2运输,货物Kif1a [239年]。同样的研究表明,克莱斯勒特别增强约束力的ADP-bound Kif1a电机领域微管。
7所示。的角色LIS1和克莱斯勒在大脑发育的过程
7.1。神经发生在大脑发展
LIS1水平影响大脑发育的细胞增殖在多个阶段108年,155年,240年- - - - - -245年]。神经祖细胞撞倒LIS1失败增殖(108年]。此外,马赛克分析证明LIS1的要求所有神经元血统和星形胶质细胞的增殖(246年]。在有丝分裂的开始,成神经细胞受损展出前期核膜内陷。这个过程中,发生在前期,dynein-dependent和促进核膜破裂245年]。观察异常interkinetic运动性击倒,淘汰赛,LIS1用量的增加108年,155年,241年]。LIS1被发现的有丝分裂纺锤体定位的精确控制神经上皮干细胞和径向神经胶质祖细胞(247年]。条件基因敲除Lis1,特别是在神经上皮干细胞,导致快速运动的梭形细胞死亡。径向神经胶质祖细胞影响不大(247年]。增殖细胞与LIS1剂量增加心室区则失去了他们的大部分极性标记和表现出异常(粘合连接处并且155年]。LIS1在增殖细胞中基因与Nde1心室区;老鼠的等位基因系列Lis1和Nde1双突变显示惊人的大小减少和分层的大脑皮层存在剂量依赖的相关性248年]。
克莱斯勒参与调节增殖与LIS1神经元在大脑发育协调。径向神经胶质细胞显示主轴方向异常相似细胞,进而导致温和增殖缺陷两种在活的有机体内和在体外。因此,两个基因的功能基因相互作用已被证实体内,的影响在哪里Lis1haploinsufficiency和克莱斯勒基因敲除导致更严重的神经元迁移和增殖表型与单一突变体相比,导致大脑皮层无序和损耗的祖池(241年]。这些结果也证实了基因表达时检查。差异表达分析表明LIS1和克莱斯勒突变体在E14灯头显示细胞循环过程和网络的镇压,而野生型胚胎这些过程被激活(240年]。
7.2。发展中大脑的神经元迁移
多个链接LIS1证据的规定在发育中的大脑神经元迁移。发现异常径向迁移的亚等位基因等位基因Lis1 (Lis1 / sLis1)(249年),在(250年),以及进一步减少使用液氧LIS1等位基因(250年),或通过基因的可拆卸的使用在子宫内电穿孔(107年,108年,251年]。马赛克分析还导致结论LIS1细胞自动地调节迁移效率(246年]。在神经元迁移LIS1水平降低,中心体和细胞核不太紧密耦合223年,251年]。Lis1shRNA抑制神经元体细胞的运动而不是过程扩展(107年]。在径向迁移鼠小脑颗粒细胞片,LIS1抑制导致不同的影响;它专门阻止核迁移而不影响中心体的耦合和微管在领导过程中252年]。LIS1也影响抑制性神经元的迁移。这是证明LIS1需要适当的切向迁移(253年),也在增加LIS1剂量(155年]。LIS1突变的影响并不局限于大脑皮层。异常的切向迁移是在脊髓神经元的一个子集254年]。
神经元迁移表型并不是显而易见的克莱斯勒突变小鼠(255年]。突变小鼠皮层纹理显示在很大程度上与野生型相同。然而,海马体的杂合的女性和半合子的男性显示中断CA3地区最严重的纹理。推测,相对温和的表型可能是由于遗传补偿(审查256年])。支持这个概念,击倒的克莱斯勒使用在子宫内电穿孔抑制大脑皮层兴奋性神经元迁移在大鼠和小鼠的大脑(4,54]。使用相同的系统,也可以证明遗传克莱斯勒之间的相互作用和其磷酸化的激酶MARK2 / Par-1 [110年]。假设,而在淘汰赛中有充足的时间来发展冗余机制成为特工,击倒涉及减少急性基因,这可能不允许足够的时间冗余机制演变。这个概念得到额外的支持后发现的淘汰赛Dclk1并没有导致一个可观测的表型在发育中的大脑锥体神经元的迁移(39,55]。类似于克莱斯勒的可拆卸的Dclk1受损的锥体神经元的迁移(55]。然而,淘汰赛的两倍克莱斯勒和Dclk1对皮质的发展有明确的影响。更具体地说,双突变小鼠围产期杀伤力,杂乱无章的皮层分层、精深cytoarchitectural缺陷引起的海马径向神经元迁移的影响。基因冗余是调查的可能性克莱斯勒突变小鼠,转录和蛋白质的表达,它们的产品Dclk1和Dclk2分析了基因,(46]。的轻微变化的表达之一DCLK1蛋白质在这项研究中被发现。此外,更严重的表型在突变等位基因的组合克莱斯勒和Dclk2(47]。特别是在缺乏克莱斯勒和Dclk2,有一个是剂量依赖性表型在海马体,海马纹理很混乱,这是伴随着简化锥体树突分枝。主要研究海马neuronsrevealed克莱斯勒支持发展的树突乔木(237年]。
克莱斯勒淘汰赛更加明显的影响中间神经元的迁移。分支和nucleokinesis中间神经元来自观察问题克莱斯勒突变小鼠的大脑(257年]。在子宫内电穿孔的克莱斯勒shRNA受损的切向迁移(258年]。此外,这些类型的实验还表明LIS1和克莱斯勒工作在相同的基因通路抑制性神经元迁移通过外侧皮质流,供应腹端脑中的神经元结构包括杏仁核和梨状皮层(259年]。克莱斯勒也扮演着重要的角色在神经元的迁移成年小鼠嗅球使用吻侧迁移流(56]。克莱斯勒RNAi减少SVZ细胞迁移在体外细胞自主和自主noncell [260年]。
7.3。产后的影响
LIS1突变的影响并不局限于胚胎阶段。Lis1突变小鼠自发性癫痫发作和增强发展激励(261年]。海马的几个异常指出:异常抑制性输入(262年)和功能失调的突触整合发展中和成人齿状回颗粒细胞生成(263年]。此外,在出生后出现Lis1 / sLis1突变小鼠表现出改变的抑制性突触反应记录皮层锥体神经元(264年]。LIS1已被证明是至关重要的决定在中间神经元树突突触分布(265年]。因此,可以推测,除了移民赤字,LIS1-dependent调节突触流动可以促进癫痫通过扰乱到gaba ergic中间神经元兴奋性输入。
海马体的纹理缺陷克莱斯勒突变小鼠导致癫痫的发展在这些动物266年- - - - - -268年]。此外,还在子宫内电穿孔的克莱斯勒shRNA显示海马异常网络(269年和自发性癫痫发作270年]。
7.4。可能发育表型逆转
LIS1证明是介导的蛋白降解,至少部分由蛋白质的蛋白酶,calpain [271年]。因此,干扰这一途径的可能性可能缓解至少部分表型测试(271年,272年)(审查(273年])。治疗calpain抑制剂或击倒calpain表达式的siRNA改善杂合的损失造成的异常细胞表型Lis1在细胞培养。Calpain抑制剂也管理怀孕了小鼠在胚胎corticogenesis。值得注意的是,通过药物抑制或calpain击倒在活的有机体内救出了有缺陷的神经元迁移和异常的皮质和海马分层杂合的变异老鼠妈妈治疗。此外,这些突变体幼崽也表现出改善运动机能。calpain抑制剂的治疗潜力还测试了在产后lissencephalic细胞(274年]。有趣的是,应用calpain抑制剂恢复自然和微型EPSC(兴奋性突触后电流)频率到野生型的水平而不影响抑制性突触后突触电流。然而,免疫印迹分析蛋白表达,包括蛋白质参与兴奋性突触传递,证明calpain衬底的乳沟αII-spectrin堵住了,但LIS1蛋白质的水平并没有恢复,建议救援的可能性是通过一个间接的路线,没有涉及LIS1水平。
推迟reexpression克莱斯勒在已形成SBH出生后导致SBH回归(275年)(审查(273年])。此外,reexpression克莱斯勒纠正convulsant-inducing药物的敏感性。减少SBH演示了一个限制的时间窗口,仅限于早期产后年龄。额外的大道,在产后阶段没有调查,证明遗传克莱斯勒之间的交互和Par-1 / MARK2。结合击倒Par-1 / MARK2和克莱斯勒显著救了神经元迁移的亚细胞持续赤字和centrosomal运动性(110年]。因此,上述研究提高神经元迁移的可能性疾病可能最终可治的分子或药物干预措施。
确认
作者感谢当前和以前的实验室成员批判阅读本文。欧莱纳是一个现任的Berstein-Mason神经化学的教授职务。她的研究已经在部分支持以色列科学基金(批准号47/10),以色列的遗产遗产生物医学项目科学基金(批准号1062/08),密涅瓦基金会资金从联邦德国教育与研究的资助以色列卫生部首席科学家办公室的框架下ERA-Net神经元(发现,国际海事组织3-00000-6785),Fritz-Thysen基金会(格兰特Az 10.11.2.161), Benoziyo中心神经系统疾病,海伦和马丁Kimmel干细胞研究所,Kekst家族遗传医学中心和大卫·费拉Shapell家族遗传疾病研究中心。