Cell Reports：俞峰伟团队发现调控神经元发育中树突剪切新机制

2021年8月3日，新加坡淡马锡生命科学研究院俞峰伟实验室在Cell Reports上发表研究论文---“The Nrf2-Keap1 pathway is activated by steroid hormone signaling to govern neuronal remodeling”。

该研究首次发现抗氧化应激通路由蜕皮激素通路激活，通过上调下游的蛋白酶体的蛋白降解活性，而非抗氧化酶，从而调控神经重组及剪切。

新加坡淡马锡生命科学研究院和新加坡国立大学的俞峰伟教授为该论文的通讯作者，博士生Chew Liang Yuh、张恒博士为本文的共同第一作者，和建政博士参与了部分研究工作。

神经系统的重组在动物的发育过程中时有发生。神经剪切，作为神经系统重组的一种方式，可以在不造成神经元死亡的前提下清除冗余的分支或是错误的连接。这一过程对于神经环路的正确连接至关重要。临床研究表明，正是神经剪切的缺失导致了自闭症患者大脑皮层的第5层锥体神经元发育出了过度密集的树突棘。因此，理解发育过程中神经剪切的机制能够为我们研究人类神经系统疾病提供重要的线索。在果蝇的外周神经系统中，ddaC(c4da)感觉神经元，在成蛹后的16小时内，所有的树突都会被剪切，而轴突则被完整地保留。这类果蝇的神经元现已成为我们研究发育过程中神经剪切的分子机制的一个在体（in vivo）模式系统。

新加坡淡马锡生命科学研究院俞峰伟实验室多年来利用果蝇模型已发现了多种调控ddaC神经元树突剪切的分子机制，包括蜕皮激素（Ecdysone）受体EcR-B1/Sox14/Mical通路 (Kirilly et al., Nature Neuroscience, 2009)，染色体重组因子Brahma, CBP(CREB-binding protein) (Kirilly et al., Neuron, 2011)，泛素化-蛋白酶体调控因子Cullin-1 (Wong et al., PLoS Biology, 2013)，由内吞-溶酶体降解的细胞黏附因子Neuroglian (Zhang et al., Developmental Cell, 2014)，以及微管结合蛋白Patronin, Msps (Wang et al., eLife, 2019; Tang et al., EMBO Journal, 2020)。

最新这篇论文首次报导了哺乳动物中保守的Nrf2-Keap1通路在蜕皮激素信号下游通过调控蛋白酶体促进ddaC神经元树突剪切的分子机制。

在基于ddaC神经元树突剪切的遗传筛选中，作者们找到了一个含有bZIP（basic leucine zipper）结构域的转录因子CncC (Cap ‘n’ collar isoform C)。在果蝇基因组中，至少编码了3个主要的Cnc蛋白异构体，CncA，CncB，CncC。其中CncC的功能和结构域与其哺乳动物中的同源蛋白Nrf2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2）最为相似。有趣的是，这些异构体中，只有CncC在ddaC树突剪切的过程中是不可或缺的。

在一般条件下，Keap1作为E3连接酶的配体，可以将Nrf2留在细胞质中，或是经由26S蛋白酶体将其降解。而在氧化应激的条件下，Nrf2便会与Keap1解离，并且转移到细胞核中，再与Maf（musculoaponeurotic fibrosarcoma）蛋白结合。由Nrf2和Maf形成的异二聚体则会结合到基因组的抗氧化应激元件（AREs, antioxidant response elements）上，从而促进下游许多抗氧化解毒酶的表达，以对抗氧化胁迫。作者们发现，过表达Keap1和突变mafS都会导致与cnc突变类似的树突剪切的缺陷。这说明Nrf2-Keap1通路在树突剪切的过程中至关重要。

随后，作者们利用一个CncC活性的标记物gstD1-lacZ，证明了Nrf2-Keap1通路处于EcR-B1/Sox14信号的下游，并且平行于Mical。为了看到CncC原本的表达模式，作者们制作了针对CncC的特异性抗体。利用这一抗体，作者们发现，仅仅在树突剪切发生前，CncC才开始在细胞核内聚集。并且这从细胞质到细胞核中的转移过程需要EcR-B1/Sox14信号以及importin-β的参与。此外，Nrf2-Keap1并不是通过传统的氧化应激通路来调控树突剪切，而是通过蛋白酶体参与调控。

综上所述，该研究揭示了Nrf2-Keap1通路位于蜕皮激素通路的下游，并且通过蛋白酶体，而非氧化应激通路，从而调控神经重组。

来源： brainnews