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大脑是神经系统的最高中枢,研究大脑皮层发育对于了解大脑结构、功能以及神经系统疾病有指导性意义。大脑皮层神经元经历分裂、分化、迁移与成熟,形成神经环路。其中,树突形态的建立与维持是神经环路正确建立并行使功能的基础。树突主要负责对外界信号进行接收、处理与整合。正确的树突形态是环路功能正常的基础之一,树突发育的异常往往与许多神经系统疾病相关,例如神经发育疾病中的智力障碍疾病与自闭症等等。
血清激活蛋白SNK,又称为PLK2,属于调控有丝分裂非常关键的类Polo激酶家族(PLK),这个家族成员曾被发现广泛参与到有丝分裂的各种阶段,而后,人们发现这类激酶家族在分裂后的神经细胞中也存在表达,并且可以响应神经活性(Activity)的刺激,人们进一步发现SNK对于突触的发育与功能非常重要,但所有这些研究局限于成熟神经元中。在未成熟神经元中SNK是否也具有功能还未被报道。
研究首先发现了SNK在发育中的大脑皮层特异高表达,SNK甚至只局限表达于分裂后的神经元,而在分裂中的神经前体细胞的表达却不明显,暗示了SNK在神经发育中具有调控有丝分裂以外的功能。于是,通过RNA干扰实验和过表达SNK来调控神经元中SNK的表达量,在未成熟神经元中通过神经元离体培养研究及胚胎电转的在体研究方法来研究SNK在神经发育中的功能。通过原位杂交、免疫组化、神经元形态成像、形态分析、结合各种生物化学与分子生物学的研究方法进行研究。
研究表明敲减SNK在神经元早期发育的不同阶段都能明显抑制树突而非轴突的生长与分支,并且这种抑制作用呈现剂量依赖性,即最强的RNAi表现出最严重的抑制表型,这说明SNK的量与树突而非轴突的复杂程度成正比。同时,过表达SNK促进了树突而非轴突的生长,不仅如此,过表达SNK还促进了正在迁移的细胞提前进行树突样分支分化,说明SNK对于树突分支发育不仅是必需的,而且具备充分性,结合其只在皮层表达的特殊表达模式,说明SNK有可能参与神经元发育时轴中从迁移到树突分化的信号转换。SNK的激酶活性对于此促树突发育作用是必需的,而SNK另外一个结构域Polo-box只部分参与促树突发育的功能。
研究还表明SNK的表达量受到脑源神经营养因子BDNF信号通路介导的转录调控,BDNF的下游信号ERK的激活对于SNK的表达上调是必需的。并且SNK对于BDNF介导的促树突生长分支作用也是必需的,暗示了BDNF信号通路依赖的转录对于树突发育也是非常重要的。此外,SNK的Polo-box依赖的底物SPAR负向调控树突的生长与分支,这与已报道的SNK通过磷酸化SPAR造成其降解的事实一致。信号通路的研究让我们看到BDNF通过激活ERK造成的SNK转录升高可以激活SNK下游包括SPAR在内的信号通路,从而促进神经元树突的早期生长发育,这为树突的发育调控提供了新的信号通路,也为研究因树突发育异常导致的神经系统疾病提供了新的治疗思路。