Foxg1在线粒体动态平衡和神经可塑性中的作用及其机制研究

论文摘要

转录因子Foxg1在神经发育过程中发挥重要作用,其突变导致FOXG1综合征,患者表现为严重的社交和认知障碍等。以前对Foxg1的功能研究主要集中在发育阶段。由于Foxg1也强烈表达于生后至成年的神经元中,提示Foxg1在有丝分裂后及成熟神经元中也可能发挥重要作用。线粒体是真核细胞的主要供能器官,调控众多细胞生命活动。线粒体在不同类型细胞以及细胞不同的生理状态下呈现出不同的形态特征,而这种形态变化对于细胞活动具有重要的意义,但是调控线粒体分裂/融合的机制还有待进一步研究。本课题通过在有丝分裂后及成熟神经元中特异性敲除Foxg1,发现其可能参与了线粒体的动态平衡及神经可塑性的调控。我们发现,在缺失Foxg1的神经元中,出现线粒体体积增大并聚集、线粒体膜势能下降等异常现象;在细胞系中敲减Foxg1同样导致异常形态线粒体的出现;表明Foxg1的缺失影响了线粒体的动态平衡。我们进一步研究发现,Foxg1通过直接激活线粒体融合相关分子Opa1的转录来调控线粒体的动态平衡。过表达Opa1可以部分恢复由于Foxg1缺失引起的线粒体形态异常。此外,我们还发现FOXG1的一种剪切体也分布在线粒体之中,并可能直接调控线粒体的动态平衡。与此同时,有丝分裂后神经元中敲除Foxg1导致神经元轴树突发育受损;而成熟神经元中Foxg1的缺失引起神经元树突复杂性降低,树突棘密度下降,突触结构异常,突触传递减弱等损伤,并导致小鼠的学习和记忆相关行为的异常。综上,Foxg1在有丝分裂后及成熟神经元中调控线粒体动态平衡,并可能通过这一功能影响神经可塑性。本研究为理解FOXG1综合征的致病机制提供了新的视角。

论文目录

中文摘要

Abstract

主要英文缩写词

第一章文献综述

第一节线粒体动态平衡与神经活动

1.1.1 线粒体动态平衡

1.1.2 线粒体动态平衡与轴树突的发育和维持

1.1.3 线粒体动态平衡与突触传递

1.1.4 线粒体动态平衡与线粒体相关疾病

第二节线粒体动态平衡的调控机制

1.2.1 线粒体分裂相关分子Drp1

1.2.2 线粒体分裂相关分子Fis1

1.2.3 线粒体融合相关分子Mfn1/2

1.2.4 线粒体融合相关分子Opa1

第三节转录因子Foxg1

1.3.1 Foxg1的生物学特性

1.3.2 Foxg1在神经发育过程中的作用

1.3.3 Foxg1在有丝分裂后及成熟神经元中的作用

1.3.4 FOXG1 突变引起的FOXG1 综合征

第二章材料与方法

第一节实验材料

2.1.1 实验小鼠

2.1.2 实验仪器

2.1.3 主要试剂

第二节实验方法

2.2.1 小鼠繁殖与基因型鉴定

2.2.2 免疫荧光

2.2.3 实时定量逆转录PCR（qRT-PCR）

2.2.4 Western Blot

2.2.5 Golgi染色

2.2.6 染色质免疫共沉淀（ChIP）

2.2.7 细胞培养

2.2.8 荧光素酶实验

2.2.9 电生理实验

2.2.10 透射电子显微镜（TEM）

2.2.11 行为学实验

2.2.12 统计学分析

第三章实验结果

第一节成年小鼠中Foxg1缺失导致突触结构异常

3.1.1 Foxg1条件性敲除小鼠的获取

3.1.2 Foxg1缺失突触结构出现异常

第二节 Foxg1缺失神经元电生理特性发生改变

3.2.1 Foxg1敲除神经元兴奋性突触传递减少

3.2.2 Foxg1 缺失神经元配对脉冲易化（PPF）增强

3.2.3 强直后增强效应（PTP）在Foxg1 缺失神经元中减弱

第三节 Foxg1的缺失导致线动态平衡失调

3.3.1 成熟神经元缺失Foxg1导致线粒体形态异常

3.3.2 有丝分裂后神经元缺失Foxg1导致线粒体异常集聚,膜势能下降

3.3.3 体外敲减Foxg1导致线粒体异常聚集

第四节 Foxg1调控线粒体动态平衡的机制

3.4.1 Foxg1 缺失导致线粒体动态平衡调控分子Opa1 表达水平下调

3.4.2 FOXG1 直接结合于Opa1 增强子区域

3.4.3 过表达Foxg1 导致OPA1 蛋白表达水平上调

3.4.4 OPA1 过表达可以部分恢复Foxg1 缺失细胞的线粒体异常

3.4.5 FOXG1的一种定位于线粒体上的剪切体可能参与其动态调控

第五节 Foxg1缺失导致小鼠神经元可塑性受损

3.5.1 成熟神经元存活不受Foxg1缺失的影响

3.5.2 Foxg1缺失神经元树突和树突棘减少

3.5.3 Foxg1缺失抑制神经元轴树突发育

第六节 Foxg1敲除小鼠呈现认知功能和社交能力损伤

3.6.1 小鼠自发运动能力和焦虑行为不受Foxg1敲除的影响

3.6.2 Foxg1缺失导致小鼠社交行为异常

3.6.3 Foxg1敲除导致小鼠学习和记忆能力受损

3.6.4 海马长时程增强（LTP）出现损伤

第四章讨论与展望

第一节 Foxg1的转录因子作用参与了线粒体动态平衡的调控

第二节 Foxg1缺失引起的线粒体异常导致神经元突触特性的改变

第三节线粒体的异常导致轴树突损伤

第四节 FOXG1综合征与线粒体动态失衡

参考文献

作者简介

发表文章目录

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 禹保丛

导师: 赵春杰

关键词: 线粒体,线粒体动态平衡,神经可塑性,突触传递

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 东南大学

基金: 国家重点研发计划(2016YFA0501001),囊泡蛋白质机器在神经发育中的作用,国家自然科学基金项目(81870899),皮层深层投射神经元有丝分裂后亚型特化的调控机制研究

分类号: Q42

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.003900

总页数: 104

文件大小: 5281k

下载量: 16

Foxg1在线粒体动态平衡和神经可塑性中的作用及其机制研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢