关于唐氏综合征细胞粘附分子在小鼠神经系统发育中的作用的研究

【摘要】：不论是对脊椎动物还是无脊椎动物来说,神经系统都堪称最复杂的系统之但目前对于神经网络的形成及其调节的具体机制还了解甚少。 目前的研究表明,一些膜蛋白特别是细胞粘附分子家族成员参与到神经系统发育以及神经网络形成的调节过程中。唐氏综合征细胞粘附分子(Down Syndrome Cell Adhesion Molecule,DSCAM)编码的跨膜蛋白是免疫球蛋白超家族成员,属于细胞粘附分子家族。DSCAM的功能被认为与神经系统的发育密切相关。果蝇中的Dscam1基因通过选择性剪切可以产生数量众多的蛋白异构体,并通过嗜同型结合产生排斥效应,参与调节神经元轴突的分枝,树突的自我回避以及胞体的“马赛克”分布。脊椎动物DSCAM除介导嗜同型排斥外,还可介导嗜同型粘附和吸引。在脊椎动物中,还发现DSCAM具有嗜异型结合的特性。在鸡胚和小鼠胚胎发育中,DSCAM能够与DCC相互作用,共同参与介导了由netrin-1引起的轴突导向及联合纤维的跨中线转向行为。但DSCAM蛋白发挥生物学功能的具体机制及其信号通路仍需要进一步研究。 在第一部分工作中,我们发现在3周龄时,与同窝野生型(Wild-type,Wt)小鼠相比,Dscamdell7突变纯合(Homozygous Dscam mutant,Hm)小鼠发育较为迟滞。2月龄时,Hm表现出行走姿势的改变。转棒实验结果显示,Hm小鼠奔跑的持续时间(n=10,28.30s±5.54)与Wt小鼠(n=6,115.70s±23.33)和Dscamdell7突变杂合(Heterozygous Dscam mutant,Het)小鼠(n=5,132.00 s±24.39)相比显著缩短。Hm小鼠掉落时转棒的速度(n=6,14.73 rpm±2.22)与Wt(n=6,33.67 rpm±2.21)和Het小鼠(n=5.35.59 rpm±2.16)掉落时转棒的转速相比也显著减慢。经过训练,Wt小鼠奔跑的持续时间显著延长(n=4,首次：84.50 s±23.29,第八次：188.80 s±29.59),而Het小鼠(n=5,首次：111.80 s±30.08,第八次：187.60 s±23.42)和Hm小鼠则无显著差异(n=3,首次：8.00 s±2.89,第八次：18.33 s±10.87)。 在第二部分工作中,我们发现在2月龄时,Hm小鼠大脑与同窝Wt小鼠和Het小鼠相比,出现皮层的塌陷。塌陷部位和程度在Hm小鼠中存在个体差异。统计结果显示,Hm小鼠脑室体积较Wt小鼠(P0.05)和Het小鼠显著增大(P0.05),Hm小鼠脑室容积与整个大脑体积的百分比也较Wt(P0.05)和Het小鼠显著升高(P0.05)。Hm小鼠脑室的扩张还严重影响了大脑皮层,胼胝体,纹状体和海马的发育。不同脑区的大脑皮层(Cg/RS:P0.001,M:p0.001,S:P0.01)和胼胝体的联合纤维(Cg/RS:P0.001,M:P0.001,S:P0.01)较Wt小鼠均显著变薄。 本论文通过实验发现Dscamdell7突变小鼠存在运动能力的下降,运动学习记忆能力的受损,以及脑室显著扩张,脑内结构发育缺陷等表型。初步探索了Dscam基因在小鼠神经系统发育及大脑结构发育中的作用。并提示Dscam基因可能是一个与脑积水发病机制相关的新基因,为脑积水发病机制的研究提供了新的模型小鼠,也为脑积水的研究提供了新的思路。