在皮层轴突路径寻找过程中，cas细胞质适配蛋白的功能作用

《PLOS Genetics》：Functional role for cas cytoplasmic adaptor proteins during cortical axon pathfinding

该研究通过条件基因敲除技术，揭示Cas蛋白家族在皮质前脑白质束（如前庭束和丘脑皮质束）形成中的双重作用：神经元自主性调控前庭束轴突束化，非神经元自主性调控丘脑皮质束的投射路径。发现β1整合素受体并非前庭束束化的必需，且Cas蛋白缺失导致皮质分层异常，影响轴突引导。

　　在神经系统发育过程中，神经元的轴突延伸和投射对于构建精确的神经回路至关重要。轴突的路径选择通常受到外界信号的引导，这些信号可以是吸引性、排斥性或允许性的，如同道路上的指示牌指引交通。尽管这些引导信号已经被广泛研究，但神经元如何内部感知和响应这些信号仍是一个未解之谜。本研究聚焦于探讨Crk-关联子（Cas）家族的细胞内衔接蛋白在皮层白质束形成过程中的作用。Cas蛋白家族包含四个同源蛋白：p130Cas（Bcar1）、Cas-L（HEF1, NEDD9）、Sin（EFS）和Cass4。这些蛋白在结构上具有高度相似性，都包含N端的SH3结构域、中心区域的15个酪氨酸-色氨酸-色氨酸-脯氨酸（YxxP）重复序列以及富含丝氨酸的结构域。当上游受体被激活后，Cas蛋白会在中心区域的酪氨酸位点发生磷酸化，从而与含有SH2和PTB结构域的伴侣蛋白如Crk、CrkL、Nck和SHIPTP2结合，进而参与信号传递和细胞行为调节。

Cas蛋白在神经发育中的作用已涉及多个方面，包括运动神经元轴突的束化和投射，在果蝇和哺乳动物的外周神经系统中都有相关报道。此外，Cas蛋白在中枢神经系统（CNS）中也参与了神经元迁移和轴突引导过程。例如，在脊髓中，Cas蛋白有助于协调同侧和对侧轴突的连接；在小鼠视网膜中，它们参与了视网膜神经节细胞的定位；在最近的研究中，Cas蛋白还被发现与皮层分层相关。然而，对于Cas蛋白在皮层白质束形成中的具体作用，尤其是其在轴突路径选择和束化中的细胞自主性，目前了解尚浅。

为了探究Cas蛋白在皮层白质束形成中的作用，研究者们构建了一种Cas三重条件性敲除（Cas TcKO）小鼠模型。这种模型使得Cas基因（p130Cas、CasL和Sin）在神经组织中被特异性地敲除，从而评估它们在皮层白质束发育中的普遍需求。研究发现，Cas TcKO小鼠在多个方面表现出异常：前连合（AC）的轴突束化和皮层丘脑皮质轴突（TCAs）的投射路径都受到了影响。进一步的分析表明，TCAs的异常投射可能由皮层中的非神经元细胞群体所导致，而AC的束化问题则主要发生在神经元自身。这些发现揭示了Cas蛋白在皮层白质束形成中的双重作用：一方面，它们在非神经元细胞中起作用，协调TCAs的投射；另一方面，它们在神经元内部发挥关键作用，确保AC的正常束化。

在进一步的实验中，研究者们通过不同的Cre驱动系统，对Cas蛋白的功能进行了更精细的定位。例如，通过将Cas TcKO小鼠与Emx1-Cre和Nex-Cre转基因小鼠进行交配，他们能够区分Cas蛋白在神经元和非神经元细胞中的自主性。结果表明，Emx1-Cre;Cas TcKO小鼠中，AC的束化缺陷是完全由神经元自身引起的，而Nex-Cre;Cas TcKO小鼠则显示出TCAs投射路径的问题，这些问题可能由非神经元细胞的异常功能导致。这一发现为理解Cas蛋白在不同细胞类型中的作用提供了重要的线索。

此外，研究还探讨了β1-整联蛋白受体在TCAs投射中的作用。虽然β1-整联蛋白在TCAs的投射中也起着重要作用，但其在AC束化中的作用并不明显。这表明，Cas蛋白可能在不同的信号通路中起作用，例如与Eph受体或Netrin等信号分子的相互作用。这些发现不仅加深了我们对Cas蛋白在神经发育中的理解，也为未来的分子机制研究提供了新的方向。

研究中还使用了荧光标记技术，如Ai14/R26 LSL-tdTomato转基因小鼠，来确认轴突的来源。通过这些标记，研究者们能够更直观地观察到Cas蛋白缺失对轴突路径选择的影响。结果显示，AC的束化问题主要来源于皮层的神经元，而TCAs的投射异常则与非神经元细胞的功能障碍有关。这种细胞自主性的差异提示我们，Cas蛋白可能在不同的细胞类型中通过不同的机制参与神经回路的构建。

总的来说，本研究通过基因敲除技术，揭示了Cas蛋白在皮层白质束形成中的关键作用。这些蛋白不仅在非神经元细胞中参与TCAs的投射，还在神经元内部确保AC的正常束化。研究还表明，β1-整联蛋白虽然在TCAs的投射中起作用，但在AC的束化过程中并不是必需的。这提示我们，Cas蛋白可能通过不同的受体信号通路来实现其在不同轴突路径中的功能。此外，研究还指出，Cas蛋白的功能可能与皮层的分层和中间靶点的定位密切相关，这为理解神经发育中的分子机制提供了新的视角。这些发现不仅丰富了我们对神经发育过程的理解，也为相关疾病的发病机制和治疗策略提供了潜在的研究方向。