自闭症风险基因 Trio 在颗粒细胞中调控齿状回形态发生的功能

2024-08-04 Sun
研究背景及目的自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorders, ASDs）是一组具有高度遗传性的神经发育障碍，主要表现为社交互动异常、沟通障碍以及受限的重复性行为或兴趣。已有研究报道，自闭症患者及其小鼠模型中包括海马体在内的脑区结构发生变化，尤其是在患有ASD的患者中，海马齿状回（dentate gyrus, DG）的颗粒细胞（granule cells, GCs）层的局灶性结构变形和GCs的异位分布尤为明显。然而，既往对ASD风险基因在DG发育异常中的作用机制研究尚不充分。
在这项研究中，我们探讨了一个高易感ASD基因——Trio在小鼠DG形态发生过程中的作用。我们发现，Trio基因的缺失会导致出生后DG发育不良，并表现出自闭症相关行为。这些发现不仅揭示了Trio在DG发育中的具体作用，还对理解ASD的病理生理机制提供了新的线索。
论文出处及作者信息该研究论文由来自北京大学精神卫生研究所的Mengwen Sun、Weizhen Xue、Hu Meng、Xiaoxuan Sun、Tianlan Lu、Weihua Yue、Lifang Wang、Dai Zhang和Jun Li等学者合作完成。论文发表在2024年2月的《Neuroscience Bulletin》上。
研究方法实验设计实验设计包括对Trio基因条件性敲除小鼠的多项生物学实验，如形态学检测、行为学测试、免疫荧光染色、西方印迹等。具体步骤如下：
小鼠培育所有小鼠均按北京大学动物伦理委员会的指导方针饲养和处理。Trio条件性敲除（conditional knockout, cKO）小鼠通过交配Triofl/fl小鼠与表达Cre重组酶基因的小鼠获得。实验中使用的各种小鼠品系均为C57BL/6背景。
形态学检测利用30微米厚的冠状切片检查不同发育阶段小鼠海马的形态，比较对照组和Trio缺失小鼠的DG大小和结构变化。
免疫荧光通过对脑切片进行免疫荧光染色，检测DG中不同细胞类型的数量和分布，包括PAX6、TBR2、PROX1、NEUN等标记的细胞。
行为学测试为了评估与自闭症相关的行为，研究团队对小鼠进行了一系列行为学测试，包括三室社会互动测试、洞板测试、弹珠埋藏测试、光暗箱测试、高架十字迷宫测试和开放场测试等。
空间转录组测序为了分析DG发育过程中不同神经元的基因表达模式和Trio的具体作用，研究团队使用空间转录组测序技术对DG进行细胞类型分类和功能分析。
实验结果Trio基因的缺失导致DG发育不良形态学检测结果显示，Triofl/fl;Emx1-Cre小鼠的大脑比对照组小鼠更小，DG的大小和形态也显著异常。尤其是在DG的上刃区，颗粒细胞呈现锯齿状排列，标志着Trio缺失对DG发育的影响主要集中在出生后阶段。
Trio缺失影响细胞分布和迁移免疫荧光结果显示，在Trio缺失的小鼠中，DG内PAX6+祖细胞和TBR2+中间祖细胞的数量显著减少，而PROX1+和NEUN+神经元的数量也同样减少。这些细胞在DG中的分布模式也发生了明显的改变，祖细胞在小鼠出生后早期的迁移途径受阻，导致颗粒细胞层的组织紊乱。
Trio对兴奋性神经元迁移的不同作用通过空间转录组测序，研究团队发现Trio在不同类型神经元中的表达水平不同，显示Trio在调控神经元迁移和细胞骨架组织方面具有细胞类型特异性。在Trio缺失的小鼠中，相关信号通路和基因表达的改变主要集中在后期发育的兴奋性神经元中。
Trio参与调控自闭症相关行为行为学测试结果证实，Trio缺失小鼠表现出与自闭症相关的行为异常，包括社交新颖性识别能力受损和增加的刻板行为。这些发现表明，Trio缺失导致的DG发育不良与自闭症核心行为症状有关。
研究的结论与意义这项研究全面揭示了Trio基因在DG发育中的特定作用及其与自闭症相关行为的关系。研究结果不仅进一步丰富了对ASD病理生理机制的理解，还提供了新的靶点和方向，为未来治疗自闭症等神经发育障碍提供了重要参考。
作为一种新兴的研究方向，Trio和DG发育的关系为探索自闭症发病机制提供了新的视角。未来的研究可进一步探讨Trio在其他脑区及不同发育阶段的作用，从而更全面地揭示ASD的致病机制，并为临床干预提供基础数据支持。
研究的亮点与创新点发现Trio在DG发育中的关键作用：通过一系列生物学实验和行为学测试，明确Trio基因在DG发育中的作用及其与自闭症相关行为的关系。
空间转录组测序：首次应用空间转录组测序技术，揭示Trio在不同类型神经元中的特异性表达及其作用机制。
自闭症行为相关性验证：通过行为学测试验证Trio缺失导致的DG发育不良与自闭症核心行为症状之间的关联。
结语这项研究不仅揭示了Trio基因在DG发育及ASD相关行为中的重要作用，还为未来探索神经发育障碍的病理机制和潜在治疗靶点提供了新的思路。研究团队的努力为脑科学和临床医学的结合提供了宝贵的科学依据，展示了精准医学在解决复杂神经疾病中的潜力和希望。