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Fox基因家族是一类转录因子蛋白家族,FoxG1是Fox家族的一个重要成员,在哺乳动物基因组中尚未检测到FoxG1的同源物。FoxG1作为端脑特异性的转录因子,从胚胎时期到成年时期在齿状回各类前体细胞、非成熟神经元或成熟神经元都有很强的表达,提示FoxG1基因在齿状回的神经发生中起重要作用。已有研究表明,FoxG1在胚胎期主要调控小鼠端脑的模式形成。在FoxG1-/-小鼠中,海马模式形成异常并异位到端脑皮质区域(Muzio and Mallamaci2005)。由于FoxG1-/-小鼠是胚胎致死的,而海马齿状回的发育主要在生后进行。因此FoxG1基因是如何调控齿状回神经发生机理不清楚。在FoxG1+/-小鼠中,齿状回体积减小,颗粒细胞的数目下降,但是无法排除在发育早期FoxG1表达含量降低的影响(Shen,Nam et al.2006)。为了深入地探讨FoxG1基因在生后调控齿状回神经发生的具体机制,我们构建了FoxG1基因的条件性基因敲除小鼠,以期待深入研究FoxG1在不同发育阶段、不同组织的功能和作用机理。
我们的前期工作首先解析了研究齿状回神经发生的重要工具鼠--Frjzzled9-CreER转基因小鼠。其主要特点体现在:1、在生后时期,Cre重组酶主要在齿状回发挥重组活性,在其他区域几乎检测不到Cre重组酶重组活性;2、Cre阳性细胞主要为齿状回前体细胞,这部分细胞及其后代细胞先后经历了非成熟神经细胞和成熟神经细胞时期,并进一步分化为成熟神经元向内分子层伸出突起,整合到海马神经环路中,以上过程模拟了齿状回神经发生过程。因此,我们采用Frizzled9-CreER转基因小鼠和FoxG1条件性基因敲除小鼠作为工具鼠,选择在齿状回神经发生的关键时期P5天敲除FoxG1基因,避免了FoxG1基因对海马模式形成的影响,在此基础上进一步研究FoxG1基因对齿状回神经发生的调控机制。
研究表明FoxG1对生后时期齿状回神经发生至关重要,具体结果如下:1、FoxG1基因敲除后影响齿状回模式形成,导致颗粒层下区缺失和“V型”颗粒细胞层结构缺失,进一步引起颗粒细胞层下叶基本消失、次级放射状胶质支架缺失和分子层内1/3形态异常等;2、FoxG1基因敲除后将导致前体细胞成神经元命运细胞分化能力和成胶质命运细胞分化能力都大大提高,削弱前体细胞库自我更新能力,导致前体细胞库的枯竭;3、FoxG1对于有丝分裂后神经元的存活和成熟是必需的;FoxG1基因敲除后可能导致了成神经元细胞命运分化潜能逆转,部分成神经元命运的细胞呈现星形胶质细胞形态,并表达星形胶质细胞的标记物;4、成年时期.FoxG1对齿状回神经发生的调节与生后时期基本一致,主要表现在:成年时期FoxG1缺失后导致齿状回结构异常;成年时期FoxG1基因缺失削弱齿状回神经发生;成年时期FoxG1基因缺失引起齿状回细胞组分的改变;成年时期.FoxG1基因缺失影响有丝分裂后神经元的存活。