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生物化学与生物物理研究委员会。2010年12月3日;403(1): 13–17.
数字对象标识:10.1016/j.bbrc.2010.1087
预防性维修识别码:项目经理3041924
PMID:20977890

p73调节神经干细胞的维持

研究重点

TAp73在神经干细胞中表达,并且其表达在神经干细胞分化后增加。p73阴性小鼠的神经干细胞增殖潜能降低。p73缺失的神经干细胞显示Sox-2和Notch基因家族成员的表达降低。胚胎和成年p73−/−小鼠大脑中的神经原区域减少。

缩写:TAp73,转录活性p73;ΔNp73,氨基截断p73;−/−,敲除小鼠;DIV,体外培养天数;DMED,Dulbecco最小基本培养基;胎牛血清;表皮生长因子;C类t吨,阈值周期
关键词:p73,神经干细胞,神经发生,自我更新,p53家族,凋亡

摘要

p73是p53家族的成员,是一种转录因子,在许多生物过程中起着关键作用。在本研究中,我们发现TAp73在神经干细胞(NSC)中表达,并且在分化后其表达增加。p73缺失小鼠的NSC增殖潜能降低,Sox-2和Notch基因家族成员的表达降低,这对NSC增殖很重要。与此体外数据平行的是,胚胎和成年p73−/-小鼠大脑中神经原区域的宽度减少。这些数据表明,p73,尤其是TAp73,对于维持NSC库非常重要。

1.简介

胚胎和成人神经干细胞(NSC)是保持增殖和产生相同子细胞(自我更新)能力的前体,也具有分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的能力[1]自我更新过程在成人组织的发育和保存中起着关键作用。这一过程的调控要求参与增殖调控和/或维持未分化表型的多种途径紧密协调。控制分化和凋亡的途径也参与自我更新[2].

p53家族包括p53本身、p63和p73是转录因子,在增殖、分化、细胞死亡、干细胞更新和细胞命运承诺的调节中起着关键作用[3–5]到目前为止,据报道,p53和ΔNp63是该家族中唯一在NSC中起作用的成员[6,7].

与p53家族的其他成员一样,Trp73基因编码由DNA结合域、反式激活(TA)域和寡聚化域组成的蛋白质。然而,由于存在两个不同的启动子,Trp73被表达为两个主要亚型,要么包含TA结构域(TAp73),要么不包含TA结构体(ΔNp73)。因此,TAp73和ΔNp73具有不同的功能,例如促凋亡[8,9]或抗凋亡[10]分别是。此外,研究表明,p73可以诱导神经母细胞瘤细胞系中神经突起的生长和神经元标记物的表达[11]和原代少突胶质细胞[12]表明可能在大脑发育中起作用。事实上,p73缺陷小鼠在神经元发育中表现出复杂的缺陷[13]如先天性脑积水、海马发育不良伴齿状回下叶截断或缺失,以及信息素检测缺陷。该表型在选择性TAp73中保守[14]和ΔNp73[15]击倒老鼠。

在本研究中,我们研究了p73在NSC生物学中发挥作用的可能性。使用成熟的胚胎NSC体外系统[16]我们确定p73是这些细胞的阳性调节因子,因为来自p73−/−小鼠的神经球增殖比野生型神经球少,并且显示与NSC自我更新有关的几个基因的失调。

2.材料和方法

2.1. 老鼠

p73−/−小鼠的产生如前所述[13]。根据内政部颁发的项目许可证,饲养老鼠并执行列出的程序。

2.2. 神经层培养

神经干细胞在妊娠第E14天从小鼠中获得。简单地说,对皮层进行解剖和研磨,直到获得单细胞悬浮液。细胞计数并在2×10处进行电镀6细胞/10毫升/25厘米2按照制造商的说明,在NeuroCult®NSC基础培养基(小鼠)中的烧瓶中加入增殖补充剂和rh-EGF(10ng/ml)(均购自StemCells Technologies),这被认为是第0代。允许神经球形成7天。神经球每5天传代一次。第1代神经球用NeuroCult®化学分离试剂盒(StemCells Technologies)分离,并以克隆密度(20×1024孔板中的细胞/ml),并监测新神经球的再生。在指定的时间,分析神经球的数量和大小以及细胞总数。为了分化NSC,单细胞悬液(5×105细胞/孔/24孔板)电镀在聚--NeuroCult®NSC基础培养基(小鼠)中的鸟氨酸玻璃盖玻片,含分化补充剂。

2.3. RNA提取和实时PCR

根据制造商的说明,使用Trizol(Invitrogen)从细胞中分离出总RNA。RNA样品用无RNase DNase I(Sigma)处理。使用Superscript III逆转录酶和寡核苷酸(dT)引物(Invitrogen)逆转录总RNA。用SYBR绿色预混料(Applied Biosystem)和特异性引物TAp73 Fwd 5′-GCACCTACTTGACCTCCC-3′和Rev 5′-GACTCTGAGCAATTGAAACC-3′在ABI PRISM 7000序列检测系统(AppliedBiosystema)中进行qRT-PCR;ΔNp73 Fwd 5′-ATGCTTACGTGGACCC-3′和Rev 5′-GCACTGCTGAGCAATTGAAAC-3′;p53 Fwd 5′-CTCTCCCCGCAAAAGAAAA-3′和Rev 5′-CGGAACATCTCGAGGTTA-3′;GAPDH Fwd 5′-CAATGAATACGTCTAGAGCAAC-3′和Rev 5′-AGGAGATGCTCAGTGTGG-3′;Sox-2适用于5′-TCCAAAAACTAACAACACATCG-3′和修订版5′-GAAGTGCAATGGAGAAAA-3′;Hes-1适用于5′-ACACCGGACAAACCAAAAGAC-3′和版本5′-CGCCTCTCCATGAGG-3′;Hes-5适用于5′-GATGCTCAGTCCCAAGAGA-3′和版本5′-AGCTTCAGCTCTATG-3′;Nanog用于5′-CACCCACCATGCTAGTCT-3′和版本5′-ACCCCAACTCCTGGTCCT-3′;缺口1适用于5′-ACTATCTCGGCGGCTTTC-3′和版本5′-GGCACTCGTTGATCTCCTCT-3′。

每个基因的表达都是从阈值周期定义的(C类t吨),并使用2计算相对表达水平-ΔΔC类t吨方法参照家政基因GAPDH的表达进行归一化。

2.4. 免疫荧光

E17.5和P7大脑固定在4%多聚甲醛中,并包埋在石蜡中。冠状切片被脱蜡,在分级酒精中重新水化,并在蒸馏水中冲洗。将切片封闭在0.1%PBS–吐温(vol/vol)中的10%山羊血清中,然后在封闭缓冲液中与一级和二级抗体孵育。细胞核用Hoechst 33342(Sigma)染色并安装共焦分析。对每个切片拍摄两张不同的图像,并计算标记的细胞数量(n个=2 p73−/−与n个=2名对照室友)。使用以下主要抗体:巢蛋白(小鼠,1/50,密理博)、GFAP(兔子,1/500,达科)。

2.5. 统计分析

所有结果均表示为平均值±SD。P(P) 0.05被认为是显著的。

3.结果和讨论

3.1. TAp73在神经干细胞中表达,并在神经球分化过程中上调

为了研究p73是否在NSC生物学中发挥作用,我们首先评估了其在两种不同条件下的表达。从E14.5胚胎中分离野生型(WT)NSC,并在增殖条件下或诱导分化的条件下保持培养。体外培养(DIV)4天后,收集细胞并分离总RNA。qPCR分析(图1A) 表明TAp73是在增殖条件下表达的p53家族中最丰富的成员,TAp73的表达大约是ΔNp73的10倍,是p53的3倍。接下来,我们分析了神经球分化过程中这三种蛋白的表达。剥夺有丝分裂刺激后,WT神经球发生分化,神经元标记物β-III-Tubulin阳性细胞出现(图1B) ●●●●。如所示图1C、 在这些分化条件下,我们观察到TAp73的表达显著增加,而ΔNp73和p53的表达略有变化。总之,这些数据表明TAp73在机制上参与了NSC的生物学,并证实了之前的观察结果[11]TAp73在神经元分化中起作用。此外,我们首次表明,TAp73在神经谱系中的表达比ΔNp73更显著。

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NSC中p53家族成员的表达。(A) 按照第节所述培养NSC2在指定的时间点采集细胞,通过qPCR评估TAp73、ΔNp73和p53的表达。数据归一化为看家基因Gapdh,并与TAp73的表达相关。数据表示三个不同实验的平均值±SD。(B和C)允许NSC单细胞悬浮液在体外分化,并通过qPCR评估指示基因的表达。数据归一化为相对于DIV 1的看家基因Gapdh。给出了三个独立实验的代表性实验。

3.2. p73缺乏的NSC显示增殖减少

接下来,利用神经球分析,我们关注p73是否是胚胎NSC增殖和自我更新所必需的。在培养7天后,来自WT和p73−/−小鼠的NSC都形成了神经球,但来自p73−的NSC在形态学上较小(图2A) 在DIV 4和DIV 7,p73−/−神经球的平均直径均显著小于WT小鼠(图2B) ●●●●。此外,如所示图2C、 p73−/−神经球倾向于在较小的尺寸范围内积聚。这些数据表明,p73是神经球最佳增殖所必需的。

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p73缺乏的NSC显示增殖减少。(A) E14.5神经球来源于野生型和p73−/−小鼠。显示了NSC的代表性图片(每个基因分型有两个不同的字段)。(B) p73+/+和p73−/-小鼠的NSC直径分别为DIV 4和7。(C) 7级NSC的尺寸分布。p73−/−NSC在较低范围内累积。数据表示三个不同实验的平均值±SD。

3.3. p73−/−缺失会损害NSC自我更新相关基因的表达

接下来,我们研究了p73−/−衍生神经球表型改变的分子机制。涉及Sox基因的途径[17]和槽口[18]家庭与NSC的扩散/自我更新有关。因此,我们从WT和p73−/−小鼠的DIV 7神经球中分离出RNA,并通过qPCR分析这些家族候选基因的表达。如所示图3p73的缺失导致Sox-2、Notch-1和Nanog表达显著降低,表明p73直接或间接调节这些因子。事实上,Sox-2−/−小鼠具有与p73−/−小鼠相似的表型,具有中度侧脑室增大和后腹外侧皮质减少。此外,在海马体中,齿状回基本上不存在[19].

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p73缺失会损害NSC自我更新相关基因的表达。DIV 7时p73−/−小鼠神经球中指示基因的相对表达。数据归一化为看家基因Gapdh,并与它们在p73+/+NSC中的表达相关。数据表示三个不同实验的平均值±SD。

3.4. p73−/−小鼠的神经原区减少

海马的心室/室下区和齿状回分别是胚胎和成年小鼠的神经源性区域[20,21]为了研究这些区域在体内的形态是否更小,以及体外p73−/−衍生神经球的增殖是否减少,我们用抗巢蛋白抗体对WT和p73-/−小鼠的E17.5大脑进行染色。中的结果图4A显示,与WT小鼠相比,胚胎p73−/−小鼠的心室区(神经原区)宽度减小。同样,P7 p73−/-小鼠齿状回(成人神经发生的来源)中GFAP和nestin双重阳性细胞的数量也减少(图4B和C)。

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p73−/−小鼠的神经原性区域减少。(A) E17.5小鼠冠状切面心室区巢蛋白免疫荧光。放大20倍。图表显示神经原区厚度的平均值±SD。(B) 用GFAP和nestin抗体对P7 p73+/+和p73−/−小鼠的齿状回进行染色。箭头表示双阳性细胞。放大40倍。图中显示了GFAP/nestin阳性细胞的平均值±SD。VZ=心室区;GCL=颗粒细胞层;Hil=门。

4.结论

最近的两份报告[22,23]与我们的结果一致,提供了p73参与神经元干的独立证据。

总之,这些数据支持p73,尤其是TAp73在NSC的增殖潜能及其分化中发挥重要作用,可能是通过调节已知参与NSC增殖的Sox-2和Notch通路的成分的表达。对p73的这种要求是显而易见的,无论是从体外p73−/−小鼠衍生的神经球的大小减少,还是从体内胚胎和成年敲除小鼠负责神经发生的大脑区域的厚度减少。然而,p73−/−小鼠大脑中的所有形态和功能缺陷是否都是由p73对NSC的这些作用引起的,或者p73是否发挥其他独立作用尚待确定。

利益冲突

作者声明没有竞争性的经济利益。

致谢

这项工作得到了英国医学研究委员会的支持;EU EPISTEM(LSHB-CT-019067)、“癌症控制过敏原”(ACC12)、MIUR/PRIN(RBIP06LCA9_0023)、AIRC(2008-2010_33-08)、ISS“意大利-美国计划”N526D5、意大利人类蛋白质组网RBRN07BMCT_007和Telethon(GGPO4110)向G.M.提供的资助。;美国国立卫生研究院(R01-GM57587、R37-CA76584和R21-CA125173)和多发性骨髓瘤研究基金会对本文所述M.P.研究的资助也得到了菲利普·莫里斯美国公司(Philip Morris USA Inc.)和菲利普·莫里斯国际(Philips Morris International)对G.M.的部分支持。

工具书类

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