STTT | 东莞医科学校卢应梅/韩峰战略合作阐明BOD1介导IV/V叶到顶核环路参于运转性能

时间间隔：2022-06-24 炎热程度：

共济紊乱症（Ataxia）是类以锻炼协调工作性絮乱偏重于要症状的神经体系体系常见疾病，临床实验症状包含步态不正、没有不平衡量、咀嚼难处、目光锻炼非常、肌弹性受到损害等。小脑性能思维障碍是促使共济紊乱症情况的重要的发病要素一个。

浦肯野面运动神经末梢元（Purkinje cell, PC）是小脑牛皮中注意的GABA能面运动神经末梢元，也是在小脑牛皮收到的拥有够消息传出犹豫的面运动神经末梢元。学习出现，小脑浦肯野面运动神经末梢元变形进行共济失常的产生快速发展全过程。然后，进行共济失常的非特异朋友投屏环路以至于因素的病理报告制度仍不模糊不清。

2022年6月1日，南京医科大学基础医学院卢应梅教授课题组与药学院韩峰教授课题组合作在Signal Transduction and Targeted Therapy杂志在线发表最新研究论文“BOD1 regulates the cerebellar IV/V lobe-fastigial nucleus circuit associated with motor coordination”。此项研究首次报道了小脑IV/V叶到小脑顶核（Fastigial Nucleus，FN）投射环路异常是导致共济失调发生的重要病因之一，揭示了基于BOD1相关信号通路所导致的小脑IV/V叶浦肯野神经元至其下游投射的小脑顶核谷氨酸能神经元环路（IV/V lobe^PCs—FN^CaMKIIα+）问题在共济失衡的发生提升时候中的大原子体系。为找寻以防共济失衡等涉及活动设计问题的运动神经房产调控有效途径及临床药理缓解的大原子用量靶点规划设计作为了强重要的法律依据。

报告单

小脑IV/V叶浦肯野细胞系到FN CaMKIIα阳型神经末梢元存有单突触投映

小脑顶核（Fastigial Nucleus，FN）可经由确认小脑牛皮投屏或会发出面神经纤维材料至脑袋有差异区域划分在协调工作的运动中起着关健意义。特征提取此，研究分析者只依靠病毒有哪些示踪的技术设备和纺织染料示踪的技术设备清晰小脑叶与FN彼此的投屏影响。

首先，作者将红色逆行示踪染料注射至WT小鼠FN，7天后发现，小脑IV/V叶到FN有投射通路（图1a）。随后，将顺行示踪病毒AAV-DIO-EGFP注射L7-Cre鼠（特异性在浦肯野细胞表达Cre）小脑IV/V叶，发现小脑IV/V叶浦肯野细胞（Purkinje cell, PC）到FN CaMKIIα阳性神经元之间的特异性投射（图1b-e）。进一步，作者借助逆行示踪病毒证实了IV/V lobe^PCs—FN^CaMKIIα+投射通路（图1f-i）。

为定量分析IV/V叶到FN之中的突触接入，探析者将AAV-CaMKIIα-EGFP打L7-Cre鼠FN，AAV-DIO-ChR2-mCherry打IV/V叶。膜片钳见证体现，光显性基因促活IV/V叶到FN的映射最末端可造成的FN CaMKIIα抗体抗体阳性感觉神经系统元导致导致性控制性突触后直流电压（evoked inhibitory postsynaptic currents, eIPSCs），系统提示了小脑IV/V叶与FN CaMKIIα抗体抗体阳性感觉神经系统元出现单突触映射（图1j-m）。

图1 IV/V lobe^PCs—FN^Ca^MKIIα+投射通路

特异性抑制IV/V lobe^PCs—FN^CaMKIIα+投射通路可导致共济失调样行为

为探究IV/V叶—FN环路在足球动作有关系个人个人个人情形中的角色，探究者在L7-Cre鼠IV/V叶接种AAV-DIO-eNpHR3.0-mCherry细菌，对脑片实行全组织脑神经体细胞核片钳备案发现，光基因基因基因遗传规律规律规律减缓有效降低了IV/V叶浦肯野组织脑神经体细胞的释放波特率（图2a-e）。还有，许多个人个人个人情形学但是信息显示，光基因基因基因遗传规律规律规律减缓IV/V叶在FN的投屏下端可加重小鼠共济功能紊乱样个人个人个人情形（图2h-k）。直接，作家只依靠物理基因基因基因遗传规律规律规律学技木进步认证了活性朋友减缓IV/V叶浦肯野组织脑神经体细胞，可会导致FN CaMKIIα呈阳性脑神经元过度的刺激启动，然而损坏小鼠足球动作沟通技能，带来共济功能紊乱样个人个人个人情形。

图2 光遗传抑制IV/V lobe^PCs—FN^Ca^MKIIα+投射通路可导致共济失调样行为

IV/V叶浦肯野细胞核BOD1缺少可导致共济失常

为探讨IV/V lobe^PCs—FN^CaMKIIα+投射功能异常的分子机制。研究人员通过转录组分析、GTEx（Genotype-Tissue Expression，基因型-组织表达）数据库和免疫荧光染色发现，BOD1在小脑浦肯野细胞中高表达（图3a-e）。

现在来，创作者搭建L7-Cre; BOD1^f/f小鼠以确定特异性在浦肯野细胞中敲除BOD1基因对共济失调的影响。经多种行为学范式显示，L7-Cre; BOD1^f/f小鼠出现共济失调样表型（图3f-m）。

图3 特异性敲除浦肯野细胞中BOD1可导致共济失调

进一次，深入分析者依托于AAV质粒载体攜帶浦肯野组织特喜欢的人开始子（AAV-L7-Cre-EGFP）條件性在小脑IV/V叶浦肯野组织敲除BOD1，挖掘调低IV/V叶中BOD1的表答，可拉低浦肯野组织紧张性，引发小鼠情况出锻炼涉及到手段心里障碍（图4a-k）。

基于上述发现，研究人员分别在L7-Cre鼠和L7-Cre; BOD1^f/f小鼠IV/V叶注射AAV-DIO-hM3Dq-mCherry病毒，借助化学遗传学技术激活浦肯野细胞，发现经CNO药物处理后，可改善由BOD1缺陷导致的小鼠共济失调样行为（图4l-p）。这些结果提示了，BOD1缺失影响小脑IV/V叶浦肯野细胞活性，导致IV/V lobe^PCs—FN^CaMKIIα+投射功能异常，进而诱发小鼠共济失调样行为。

图4 BOD1调控IV/V lobe^PCs—FN^Ca^MKIIα+投射环路

BOD1相关信号通路介导IV/V lobe^PCs—FN^CaMKIIα+异常导致共济失调的分子机制

接下来，研究者借助稀疏标记病毒发现特异性敲除IV/V叶浦肯野神经元中BOD1可导致浦肯野细胞树突棘密度和树突分支明显降低。为研究其机制，作者分别在L7-Cre鼠和L7-Cre; BOD1^f/f小鼠IV/V叶注射AAV-L7-EGFP，借助流式分选结合单细胞转录组分析发现，BOD1通过调节树突和树突棘相关基因影响浦肯野细胞树突形态发生改变（图5）。

图5 BOD1通过调节树突和树突棘相关基因影响浦肯野细胞树突形态发生改变

最后，研究者将AAV-DIO-BOD1-mCherry注射于L7-Cre鼠和L7-Cre; BOD1^f/f小鼠IV/V叶，发现上调BOD1的表达可增加IV/V叶浦肯野细胞兴奋性，逆转FN CaMKIIα阳性神经元异常放电现象，改善浦肯野细胞树突形态和共济失调样行为（图6）。

综上，IV/V叶浦肯野细胞中BOD1缺失通过调节树突和树突棘相关基因导致树突棘密度和树突分支降低，进而引起其活性下降，并通过影响IV/V lobe^PCs—FN^CaMKIIα+投射环路，引起FN CaMKIIα阳性神经元异常放电，最终诱发共济失调发生。

图6 上调IV/V叶浦肯野细胞中BOD1的表达可改善小鼠共济失调样行为

假设

本文借助转基因小鼠、病毒示踪技术、膜片钳记录、光遗传学、化学遗传学、多种行为学范式、Cre-Loxp系统介导的条件性基因敲除、转录组分析等多种技术手段发现小脑IV/V叶浦肯野细胞中BOD1缺失可通过调节树突和树突棘相关基因导致树突棘密度和树突分支降低，进而引起其活性下降，并通过影响IV/V lobe^PCs—FN^CaMKIIα+投射环路，引起FN CaMKIIα阳性神经元异常放电，最终诱发共济失调发生。此项研究找到了一条特异性介导共济失调发生的神经环路，为探索预防相关疾病的神经调控手段及临床治疗的分子药物靶点开发提供了强有力的依据。

沈阳医科院校基础理论生物工程学院刘秀秀博后为该论文范文的独一做者，沈阳医科院校基础理论生物工程学院卢应梅教受和基础理论生物工程学院韩峰授为主体通信做者。

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