人类大脑发育始于第三孕周神经祖细胞的分化并延伸至青春期。神经的第一个细胞在原肠胚形成期间出现在具有上皮特征的单片细胞中。然后这些神经上皮干细胞(nes)进一步分化成多种类型的细胞,包括神经元,星形胶质细胞和其他神经胶质细胞。大脑是最复杂的器官,其形成需要严格控制谱系特异性分化途径。迄今为止,许多转录网络已被确定为谱系规范的重要调节因子,但人们对发育中大脑中转录后调节的功能知之甚少。
基因表达是通过dna和组蛋白中的可逆化学修饰来动态控制的。共价修饰也常见于rna中,但它们在调节基因表达和翻译中的确切作用仍然不太清楚。然而,rna修饰对于发育至关重要,rna修饰的异常沉积可导致复杂的人类疾病,包括神经发育障碍和癌症。
rna中百余种已知的化学修饰在几十年前已经被清晰的描述了出来,但它们在调节rna代谢过程中显示出来可能非常广泛的作用直到最近才被发现。新的转录组范围的方法揭示了假尿苷,n6-甲基腺苷,n1-甲基腺苷和5-甲基凯发k8娱乐-凯发k8一触即发(m5c)在转录后基因调控中的重要作用。
rna中的胞嘧啶-5甲基化由保守rna的大蛋白家族介导:m5c-甲基转移酶(motorin等,2010)。 nsun2是该家族的一员,甲基化绝大多数trna以及少量其他非编码(ncrna)和编码rna(crna)。 nsun2介导的trna甲基化的丧失增加了它们对内切核酸酶血管生成素的亲和力,导致trna的切割增加和5'trna片段的积累。 trna衍生的ncrna片段的功能是抑制全局蛋白质的翻译。
让m5c正确沉积到rna中对正常发育至关重要。小鼠和人类中nsun2基因的功能丧失突变导致生长迟缓和神经发育缺陷,包括小头畸形,以及认知和运动功能缺陷。在发育中的小鼠脑中,nsun2的表达在大脑皮层,海马和纹状体中最高,并且所有这些区域显示全球蛋白质合成减少,细胞应激增加,并且在没有nsun2的情况下发生尺寸减小。重要的是,切割的5'trna片段是必需的且足以诱导细胞应激反应,而细胞应激和小头畸形都可以通过抑制血管生成素来挽救。
在这里,我们开始剖析潜在的因缺少nsun2而导致大脑皮层选择性地缩小。在发育中的小鼠脑中,nsun2的缺失不会影响放射状胶质细胞,但会延迟其分化为上层神经元。在人类中,nsun2在发育期的早期神经上皮祖细胞中表达并培养神经上皮干/祖细胞。 nsun2的抑制足以抑制神经迁移,并且在血管生成素存在下,损害神经谱系的承诺。因此,胞嘧啶-5 rna甲基化途径是对神经谱系诱导刺激的有效细胞反应而言是必需的。
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