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哺乳動物的神經發育是一個受到精確調控的過程，需要神經前體細胞的正常增殖、分化、遷移和成熟，最後形成整個神經網路【1,2】。放射性膠質細胞（Radial Glial Cells，RGCs）是一種高度極化的神經前體細胞，位於腦室區（Ventricular zone，VZ）。RGCs除了具有高度增殖能力之外，還保留著一個在進化上高度保守的特徵——細胞核動態遷移 (Interkinetic Nuclear Migration， INM) ，即細胞核在細胞週期內沿著腦室頂端基部軸（Apical-Basal axis）向上下遷移。核動態遷移過程為RGCs增殖過程提供足夠的空間【3】。Talpid3蛋白是一個定位於中心粒上的蛋白，遺傳學研究表明Talpid3(KIAA0586)基因突變會導致Joubert綜合症。Joubert綜合症是一種纖毛缺陷導致的罕見的嚴重的神經發育疾病，患者小腦和腦幹畸形或發育不全，出現共濟失調和平衡障礙，但是大腦皮層發育是否正常卻鮮有報道【4,5】。由於患者伴有不同程度的智力和認知障礙，而大腦皮層是負責高階認知的功能區，因此中心體蛋白Talpid3是否影響了大腦皮層發育進而導致Joubert綜合徵有待深入研究。
2020年12月15日，中國科學院遺傳與發育生物學研究所吳青峰研究員在Cell Reports上線上發表了題為Talpid3-Mediated Centrosome Integrity Restrains Neural Progenitor Delamination to Sustain Neurogenesis by Stabilizing Adherens Junctions 的研究論文。該研究發現中心體蛋白Talpid3透過調控中心體的完整性來保持微管組織的穩定，從而維持腦室面頂端區域粘著連線的完整，進而影響神經幹細胞增殖與分化過程以及大腦皮層神經元的生成，該研究有助於深入理解Joubert綜合徵的發病機理，為尋找治病靶標提供依據。
為探究Talpid3蛋白在大腦皮層發育中的作用，吳青峰團隊首先構建Talpid3敲降質粒，利用子宮胚胎顱內電轉技術敲降E13.5天胚胎小鼠大腦皮層中Talpid3蛋白，研究發現敲降Talpid3會使RGCs發生異常分層現象，其頂端突起無法正常錨定在腦室面。進一步研究表明敲降Talpid3使RGCs核動態遷移過程受到破壞，基底區的RGCs不能正常遷移到頂端區，從而滯留於腦室基底區發生異位分裂，並提前分化為中間前體細胞。這個過程伴隨著自主與非自主效應，即敲降Talpid3蛋白和未敲降Talpid3蛋白的RGCs均出現異位分裂現象。
此外，研究人員構建了Talpid3fl/fl條件敲除小鼠，結合Nestin-cre以及Emx1-cre驅動子小鼠，在小鼠大腦皮層中特異性敲除Talpid3基因，進而分析Talpid3對於神經幹細胞庫、皮層神經元的發育的影響。他們同樣發現在Talpid3條件敲除小鼠中，RGCs動態遷移過程受到嚴重影響，並且發生了提前分化，最終導致皮層神經元減少。
圖1. （A）在Talpid3條件敲除小鼠中異位分裂的細胞顯著增加。（B）註釋EdU 6h後追蹤RGCs分佈，結果顯示在Talpid3條件敲除小鼠中，RGCs發生了明顯的異位聚集現象，即發生了異常分層。（C）異位分裂的細胞為Tbr2+，表明RGCs發生了提前分化。（D）3D重構結果表明敲降Talpid3導致RGCs頂端突出被破壞，即發生了病理性細胞分層。
為進一步闡釋Talpid3對於皮層發育的影響的內在分子機制。他們發現Talpid3作為中心體蛋白，透過行使微管組織中心的功能，來調控微管組織的穩定性，進而維持細胞粘著連線的完整性。該結果很好的解釋了在Talpid3條件敲除小鼠中，由於RGCs頂端區細胞連線完整性受到破壞，從而導致RGCs發生自主與非自主的病理性分層，以及異常的INM過程，最終導致提前分化以及皮層神經元的減少。本研究揭示了一箇中心體蛋白透過調控粘著連線進而影響大腦皮層發育的新機制。
圖2. （A）Co-IP實驗表明Talpid3蛋白和Ninein存在互作。（B）敲降Talpid3影響微管核聚和組裝。（C）過表達Ninein能回補敲降Talpid3導致的細胞Adherens Junctions完整性的破壞。（D）在Talpid3條件敲除小鼠中，腦室面頂端區域粘著連線的完整性受到破壞。
總而言之，Talpid3介導的中心體完整性對保持神經幹細胞頂端突起錨定到腦室表面非常重要，並能透過穩定神經幹細胞間的粘附連線來調節核動態遷移過程，有助於更好的瞭解Joubert綜合症的智力障礙發病機制，為尋找治療方法提供了更多思路。
圖：中心體蛋白Talpid3影響大腦皮層發育調控機制模型
原文地址：
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108495
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參考文獻
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