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脑院邵志勇课题组发现CDC42和IQGAP响应胶质细胞促突触发育信号的通路

      复旦大学脑科学研究院/医学神经生物学国家重点实验室邵志勇课题组在胶质细胞调控突触发育机制研究中取得重要进展。2月25日,相关研究成果以“Glia promote synaptogenesis through an IQGAP PES-7 in C. elegans”为题,在线发表于《细胞通讯》(CELL REPORTS,VOLUME 30, ISSUE 8, P2629-2641, February 25, 2020) 杂志上。

  突触连接是大脑信息处理的关键结构,其形成具有时空特异性,受到精确的调控。神经胶质细胞对突触发育具有重要的调控作用。星形胶质细胞通过表达分泌因子和粘附分子促进或抑制突触的形成,从而调控突触的特异性。神经胶质细胞调控突触发育的功能从线虫到哺乳动物中都保守。

  秀丽隐杆线虫的VCSC是类星形胶质细胞,不仅在胚胎发育时期通过分泌Netrin促进神经环(即大脑)突触形成,而且在孵化后还通过近距离的调控突触发育从而达到维持突触的空间特异性。然而,这种胚胎后对突触发育的调控的分子机理尚不清楚。

      邵志勇课题组利用VCSC发育异常的CIMA-1突变体,通过遗传筛选,分子生物学操纵和活体成像技术,发现VCSC胶质细胞能够激活神经元中的GTP酶CDC42。被激活的CDC42结合进化中保守的IQGAP/PES-7促进突触发育。通过功能域缺失分析,发现IQGAP/PES-7的肌动蛋白互作的CH域是IQGAP/PES-7发挥功能所必需的结构。同时,在体荧光成像表明IQGAP/PES-7调控突触位置的纤维肌动蛋白F-actin的组装。因此,我们揭示了CDC42-IQGAP/PES-7是神经元响应VCSC促突触发育的分子通路(见图)。

  鉴于胶质细胞的促突触发育功能和CDC42-IQGAP通路在高等动物中的保守性,该发现对高等动物的突触发育以及相关疾病的发病机制具有重要的参考价值。

  该项研究成果主要由邵志勇课题组博士生董晓华和硕士生金姝含共同合作完成。研究得到国家自然科学基金面上项目资助。

图:线虫神经环中的类星形VCSC 胶质细胞(红)表达促突触发育信号,AIY神经元中(绿)的GTP酶CDC-42和IQ GTP酶激活蛋白(GAP)响应该信号,通过促进肌动蛋白纤维状集聚,从而促使突触前结构形成。


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