Neuron | 拯救星星之子！上科大管吉松组展现ASH1L单倍缺乏致小鼠自闭症的神经机制
组卵白甲基转移酶被确以为许多神经发育障碍的危害基因。。。。Ash1l是一种组卵白甲基转移酶，，，，属于三胸家族（trxG）卵白的成员之一，，，，其能拮抗多梳卵白家族对基因转录的抑制功效。。。。现在越来越多的研究证实，，，，Ash1l基因功效缺失是自闭症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）爆发的主要危险因素，，，，然而，，，，关于Ash1l单倍体缺乏导致与 ASD相关致病机制尚不清晰。。。。
效果
前脑神经元Ash1l单倍体缺乏导致小鼠的ASD样表型
首先，，，，作者较量了Ash1l+/-小鼠[1,2]和WT小鼠的行为学表型，，，，在Ash1l+/-小鼠中检测到了单倍体缺乏，，，，同时，，，，旷场实验（the open-field test）和埋珠实验（the marble-burying test）行为学范式效果显示，，，，Ash1l+/-小鼠体现类似焦虑、重复刻板的行为（图1A,B）。。。。别的，，，，对出生后7-9天（P7-P9）小鼠举行幼鼠超声发声测试，，，，发明Ash1l+/-小鼠在生命早期保存现相同障碍的征象（图1C）。。。。三箱社交实验（three-chamber assay）效果显示Ash1l+/-小鼠也体现出社交障碍（图1D）。。。。这些效果提醒了Ash1l突变小鼠体现出典范的自闭症样行为，，，，包括相同难题，，，，重复刻板行为、社交障碍等。。。。
单细胞基因表达剖析发明，，，，在中枢神经系统中，，，， Ash1l优先在神经元中表达（图1E）。。。。因此，，，，研究职员借助原位杂交链式反应（HCR-FISH）做进一步验证，，，，发明在皮层神经元中，，，，Ash1l阳性信号与Map2阳性信号（(Map2+，，，，神经元标记物）高度重叠（图1F）；；；；；；在Map2-细胞中，，，，Ash1l信号点数目显着镌汰。。。。这提醒了神经元中Ash1l功效缺失可能导致自闭症谱系障碍 (Autism Spectrum Disorder, ASD）样行为。。。。
基于上述效果，，，，作者构建Ash1lEmx1-cKO小鼠（特异性在前脑，，，，特殊是新皮层和海马区敲除Ash1l,图1G-I），，，，并通过行为学范式发明，，，，前脑Ash1l单倍体缺乏导致小鼠ASD样行为（图1J-L）。。。。
图1 Ash1l单倍体缺乏导致小鼠的ASD样表型
Ash1l突变小鼠保存区分能力缺陷
接下来，，，，研究职员对Ash1l缺失小鼠的学习行为举行评估，，，，借助条件性恐惧反射范式发明，，，，Ash1l+/-小鼠和WT小鼠均学会了情境性恐惧条件反射，，，，并体现出类似的恐惧影象重提水平，，，，然而Ash1l+/-小鼠在恐惧学习的第三天体现出木僵行为（freezing, 老鼠的一种防御反应）下降；；；；；；别的，，，，在Ash1l+/-小鼠中未视察到两种差别情形下的木僵行为差别（WT小鼠在context A中体现出较高的木僵行为，，，，在context B（新情形）中体现出较低的木僵行为），，，，提醒了Ash1l+/-小鼠区分能力受损（图2A,B）。。。。
在音调依赖的区分范式（图2C-E）和基于音调的Go-No-go行为范式（图2F-H）中，，，，Ash1l+/-小鼠同样体现出显着的听觉区分障碍（听觉脑干反应（ABR）测试Ash1l+/-小鼠无显着的听力损失）。。。。
为了验证前脑神经元中Ash1l缺失是否会导致与Ash1l+/-小鼠类似的区分能力障碍征象，，，，作者借助Ash1lEmx1-cKO小鼠举行相关行为学范式，，，，发明Ash1lEmx1-cKO小鼠与恐惧影象相关的听觉区分能力显着受损（图2J,K）。。。。这种Ash1l突变小鼠的区分能力异常切合部分ASD患者的临床体现。。。。前脑Ash1l缺失可导致突触和神经环路功效障碍，，，，以及区分行为障碍。。。。
图2 Ash1l+/-小鼠体现出正常的学习能力，，，，但区分能力受损
Ash1l以细胞自主效应的方法介导运动依赖的突触修剪历程
随后，，，，作者借助高尔基染色发明，，，，1月龄的Ash1l+/-小鼠皮层神经元和背侧纹状体中棘神经元（MSNs）的树突棘密度显著增添（图3A），，，，为研究这种征象是否源于突触消除历程（synapse elimination）的镌汰，，，，研究职员研究了Ash1+/-小鼠原代皮层神经元的突触密度转变。。。。用表达ChR2光敏卵白的慢病毒载体（Lenti-CaMKIIa-ChR2）熏染作育的神经元，，，，并用LED刺激（图3B），，，，发明WT神经元在LED刺激后24h树突突触素（SYP）密度显著降低，，，，而Ash1l+/-组则未视察到这种征象（图3C,D），，，，提醒了Ash1l可能介导了运动依赖的突触修剪历程。。。；；；；；；钐宄上裥Ч允荆，，Ash1l+/-组作育的神经元中，，，，活性依赖的突触消除历程被削弱。。。。
别的，，，，作者还研究了在小鼠新皮层中活性依赖的突触消除，，，，追踪了听觉皮层（auditory cortex, AUD）到后顶叶皮层（posterior parietal cortex, PTLp）长距离投射轴突的转变。。。。研究职员将AAV-EF1a-DIO-EYFP注射在Rbp4-Cre小鼠AUD，，，，特异性标记听觉皮层L5神经元（图3H）。。。。小鼠接受音调依赖的恐惧条件训练，，，，成像视察轴突转变发明，，，，声调依赖的恐惧条件学习24h后，，，，Ash1l+/-::Rbp4-Cre小鼠“bouton”（突触小结）的扫除显着低于WT小鼠，，，，而“bouton”形成则坚持稳固（图3H-J）。。。。
为探讨这种“突触修剪”历程的缺失是否由Ash1l缺失神经元的细胞自主效应导致的，，，，研究职员将AAV-hSyn-Cre和AAV-EF1a-DIO-EYFP注射于Ash1lfl/fl小鼠右侧AUD区（图3K），，，，对小鼠举行音调依赖的恐惧条件行为学范式训练，，，，在学习之后借助体内成像手艺追踪突触的转变，，，，发明Ash1l缺失的神经元中学习依赖的突触的增添数目没有爆发改变，，，，而学习诱发的突触的镌汰数目显著低于正常小鼠（图3K-M）。。。。这些数据提醒了Ash1l以细胞自主效应的方法介导皮层神经元的运动依赖的突触修剪历程。。。。
图3 Ash1l以细胞自主效应的方法介导运动依赖的突触修剪历程
Ash1l调控幼鼠和成年小鼠中EphA7的表达
随后，，，，研究职员借助音调依赖的恐惧条件行为学范式，，，，在体内/体外均发明Ash1l+/-小鼠听觉皮层运动依赖的神经元中EphA7表达远低于WT小鼠的（图4D-I），，，，提醒了在Ash1l+/-小鼠中EphA7运动诱导表达受损。。。。
图4 Ash1l调控幼鼠和成年小鼠中EphA7的表达
Ash1l通过拮抗EZH2-H3K27me3来调控EphA7的表达
图5 Ash1l通过拮抗EZH2-H3K27me3默然来调控EphA7的表达
EphA7高表达可改善Ash1l+/-小鼠突触修剪历程缺陷和行为异常
图6 Ephrin-A5激活EphA7高表达Ash1l+/-小鼠突触修剪历程缺陷和行为异常
结论
作者先容及基金信息
该研究受到科技部科技立异2030-重大项目资助，，，，和自然科学基金项目以及上海市科委项目支持。。。。
营业咨询
原文链接:
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(21)01090-4
可复制审查
参考文献
[1] Liu, S.G., Tian, M.M., He, F., Li, J.N., Xie, H., Liu, W.M., Zhang, Y.T., Zhang, R., Yi, M.J.,Che, F.Y., et al. (2020). Mutations in ASH1L confer susceptibility to Tourette syndrome. Mol Psychiatr 25, 476-490.
[2] Zhu, T., Liang, C., Li, D., Tian, M., Liu, S., Gao, G., and Guan, J.S. (2016). Histone methyltransferase Ash1L mediates activity-dependent repression of neurexin-1alpha. Sci Rep 6, 26597.
[3] Beuter, S., Ardi, Z., Horovitz, O., Wuchter, J., Keller, S., Saha, R., Tripathi, K., Anunu, R., Kehat, O., Kriebel, M., et al. (2016). Receptor tyrosine kinase EphA7 is required for interneuron connectivity at specific subcellular compartments of granule cells. Sci Rep 6,1451 29710.
[4] Nguyen, T.M., Arthur, A., Zannettino, A.C.W., and Gronthos, S. (2017). EphA5 and EphA7 forward signaling enhances human hematopoietic stem and progenitor cell maintenance,migration, and adhesion via Rac 1 activation. Exp Hematol 48, 72-78.
[5] Clifford, M.A., Athar, W., Leonard, C.E., Russo, A., Sampognaro, P.J., Van der Goes, M.S., Burton, D.A., Zhao, X.M., Lalchandani, R.R., Sahin, M., et al. (2014b). EphA7 signaling guides cortical dendritic development and spine maturation. P Natl Acad Sci USA 111, 4994-4999.
[6] Depaepe, V., Suarez-Gonzalez, N., Dufour, A., Passante, L., Gorski, J.A., Jones, K.R., Ledent, C., and Vanderhaeghen, P. (2005). Ephrin signalling controls brain size by regulating apoptosis of neural progenitors. Nature 435, 1244-1250.
扫一扫，，，，反响目今页面
7*12在线客服，，，，效劳咨询
倾耳聆听，，，，一个事情日内实时处置惩罚
15800353038
UG环球生物
