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为探究少突胶质细胞谱系细胞(OLCs)发育及髓鞘形成机制,研究人员以 SRSF10 为对象,利用基因敲除小鼠等开展研究。发现 SRSF10 缺失致髓鞘发育异常,其通过调控 Myo5a 等基因的可变剪接(AS)影响 OLCs 早期分化,为相关疾病提供新方向。
在神经系统的复杂发育进程中,少突胶质细胞(Oligodendrocyte)作为中枢神经系统(CNS)中负责生成髓鞘的关键细胞,其正常发育对于神经冲动传导和神经元支持至关重要。然而,少突胶质细胞谱系细胞(OLCs)从少突胶质前体细胞(OPCs)逐步分化为成熟少突胶质细胞(MOLs)的精确调控机制,尤其是转录后调控层面的奥秘,至今尚未完全揭晓。可变剪接(Alternative Splicing, AS)作为基因表达调控的重要环节,在中枢神经系统发育中广泛存在并影响其结构与功能,但它在少突胶质细胞发育和髓鞘形成中的具体作用,特别是剪接因子如何参与这一过程,仍存在大量未知领域。
在此背景下,来自复旦大学脑科学研究院(State Key Laboratory of Medical Neurobiology and MOE Frontiers Center for Brain Science, Institutes of Brain Science, Fudan University)的研究团队,围绕剪接因子 SRSF10 展开深入研究,旨在阐明其在少突胶质细胞发育及髓鞘形成中的角色与调控机制。这项研究成果发表在国际知名期刊《Nucleic Acids Research》上,为理解少突胶质细胞发育和探索脱髓鞘相关疾病的治疗策略提供了重要见解。
研究人员主要运用了以下关键技术方法:首先构建了多种条件性敲除小鼠模型,包括 Nestin-Cre、Olig1-Cre 和 CNP-Cre 介导的 SRSF10 敲除小鼠,以实现不同细胞类型和发育阶段的基因特异性敲除;通过 RNA 测序(RNA-seq)和 RNA 免疫沉淀测序(RIP-seq)技术,分析 SRSF10 缺失对转录组和剪接事件的影响;利用反义寡核苷酸(ASOs)靶向特定基因的可变剪接事件,进行功能挽救实验;结合免疫荧光染色、透射电镜(TEM)成像等形态学和细胞生物学方法,观察少突胶质细胞的分化状态和髓鞘结构变化。此外,研究中使用了原代少突胶质前体细胞培养和细胞转染等技术,从体外和体内多个层面验证研究假设。
研究结果
1. SRSF10 缺失导致中枢神经系统髓鞘发育异常
通过对 SRSF10 条件性敲除小鼠(NcKO 和 OcKO)的分析发现,SRSF10 在全神经细胞或少突胶质细胞谱系中缺失时,小鼠中枢神经系统出现严重的髓鞘发育不良(Hypomyelination),表现为髓鞘相关蛋白(如 MBP、CNPase、MOG)表达显著降低,油红染色和黑金奖染色显示髓鞘形成减少。同时,少突胶质细胞的总数(SOX10+细胞)和成熟少突胶质细胞(ASPA+SOX10+细胞)数量在发育过程中逐渐减少,运动协调能力测试(如转棒实验)显示小鼠运动功能受损,提示 SRSF10 对髓鞘形成和少突胶质细胞发育至关重要。
2. SRSF10 在少突胶质细胞谱系中的表达模式
免疫荧光染色和 Western blot 结果显示,SRSF10 在少突胶质细胞谱系的各个阶段均有表达,包括少突胶质前体细胞(OPCs,PDGFRα+)、分化 commit 阶段(COPs,GPR17+/NKX2.2+)、新形成少突胶质细胞(NFOLs,TCF7L2+)和成熟少突胶质细胞(MOLs,ASPA+)。值得注意的是,SRSF10 的表达在 NFOL 阶段达到峰值,随后在 MOL 阶段逐渐下降,这一动态表达模式暗示其可能在少突胶质细胞早期分化阶段发挥关键作用。
3. SRSF10 主要调控少突胶质细胞早期分化阶段
通过细胞增殖(Ki67 染色)和凋亡(Cleaved Caspase 3、TUNEL 染色)分析发现,SRSF10 缺失并未显著影响少突胶质细胞的增殖和凋亡,但显著抑制其分化过程。进一步利用阶段特异性标记物分析表明,在 SRSF10 OcKO 小鼠中,OPCs 向 COPs 的转变受阻,COPs(GPR17+/NKX2.2+)数量在早期(P7)显著减少,NFOLs(TCF7L2+)和 MOLs(ASPA+)数量也随之减少。而在分化成熟的少突胶质细胞中敲除 SRSF10(CcKO 小鼠),则对髓鞘形成和少突胶质细胞数量无明显影响,证实 SRSF10 主要作用于少突胶质细胞早期分化阶段,而非成熟后的髓鞘形成过程。
4. SRSF10 通过调控可变剪接影响少突胶质细胞分化
RNA-seq 和 RIP-seq 联合分析显示,SRSF10 缺失导致少突胶质细胞中大量基因的可变剪接事件异常,涉及多个与少突胶质细胞分化和髓鞘形成相关的通路,如脂质生物合成、神经元形态发生等。通过筛选 SRSF10 直接结合的 mRNA 和异常剪接基因,发现 Myo5a、Clec16a、Pals2 等基因是其潜在靶点。其中,Myo5a 的第 33 外显子(Ex33)剪接受损在 SRSF10 缺失时显著异常,使用 ASOs 靶向纠正 Myo5a Ex33 的剪接异常,可部分挽救 SRSF10 缺失导致的少突胶质细胞分化抑制,表明 Myo5a 是 SRSF10 调控少突胶质细胞分化的关键下游靶点。进一步研究发现,Myo5a 的异常剪接可能通过影响转录因子 Myrf 的表达,进而干扰少突胶质细胞分化进程。
研究结论与讨论
本研究首次揭示了剪接因子 SRSF10 在少突胶质细胞早期分化中的关键作用,其通过调控靶基因(如 Myo5a)的可变剪接模式,促进少突胶质前体细胞向分化阶段转变,从而保障中枢神经系统髓鞘的正常形成。研究结果不仅填补了少突胶质细胞发育调控中剪接因子作用的空白,还为理解脱髓鞘相关疾病(如多发性硬化、阿尔茨海默病)的发病机制提供了新视角。SRSF10 及其调控的可变剪接事件有望成为干预髓鞘发育异常和神经退行性疾病的潜在治疗靶点。
值得注意的是,研究中发现 SRSF10 缺失在体外培养的少突胶质细胞中可诱导细胞死亡增加,但体内未检测到显著凋亡或其他形式细胞死亡的增加,这提示体内可能存在补偿机制或不同的细胞死亡调控路径,需进一步深入研究。此外,尽管本研究确认了 Myo5a 的重要性,但其具体如何通过剪接变异影响少突胶质细胞分化的分子机制,如是否涉及 mRNA 运输或蛋白结构功能变化,仍需更深入的探索。总体而言,这项研究为少突胶质细胞发育的转录后调控研究开辟了新方向,具有重要的科学意义和临床转化潜力。