DOT1L活性通过控制代谢程序影响发育中的大脑细胞谱系进展

我为什么选择这个预印本

我过去认为皮层发育是一系列的步骤，每个步骤都由一个转录因子网络控制，最终促进祖细胞向神经元分化。然而，一个细胞的身份不仅仅是一组在DNA水平上运作的分子，我认为这个预印本很好地发展了这一点。我喜欢这个故事的线性，它探索并试图统一细胞身份的几个方面，包括新陈代谢。我喜欢这些优雅的实验，也喜欢作者努力为神经元发育研究带来一个新的、更连贯的视角。

背景

顶端祖细胞(APs)的不对称、自我更新分裂和基底祖细胞(BPs)的对称、神经源性分裂之间的平衡确保了哺乳动物大脑皮层的正确发育。当这种平衡被破坏时，就会发生小头畸形等脑部疾病，并导致大脑体积缩小和认知障碍。在这项研究中，Appiah和同事研究了端粒沉默的组蛋白甲基转移酶干扰物1 (DOT1L)如何影响小鼠神经中期发生期间AP细胞分裂、分化和神经元生成(E14.5)。他们发现DOT1L通过防止AP的过早消耗、对称神经源性分裂和抑制分化神经元代谢状态的过早发生来保持AP的特性。

重要发现

DOT1L抑制导致AP分层增加，神经源性承诺和对称分裂

作者通过将特定的DOT1L药理抑制剂EPZ应用于培养24小时的小鼠脑半球和/或皮层部分，研究了DOT1L在小鼠神经中期发生(E14.5)中的作用。

1. 由于DOT1L的抑制作用，ap在皮层壁的基性分层更加明显。因此，在epz处理的培养物中，tubg1阳性中心粒和arl13b阳性初生纤毛的位置比未处理的对照组更靠近皮层壁。在小鼠神经发生中，基底分层伴随着包括bp或神经元在内的不同细胞命运的获得。研究人员调查了抑制DOT1L导致神经发生增加的可能性，以AP的身份为代价。
2. 因此，DOT1L抑制后APs的基础分层与神经源性tis21 - gfp阳性细胞比例的增加并行。通过在培养的皮层切片中微量注射Dextran-Alexa555 (Dx-A555)，在单细胞水平上证实了ap分层的神经源性作用的增加。用eems (BPs标记物)和TUBB3(神经元标记物)对x- a555注射切片进行反染色，结果显示，经epz处理的x- a555注射切片中TUBB3阳性细胞数量多于未处理的x- a555注射切片。相反，eoms阳性细胞的数量在处理和未处理的样品之间没有变化。因此，DOT1L抑制导致AP分层增加，并增加发育中的小鼠皮层神经元的产生。
3. 作者想知道，神经发生的增加是否是因为对称分裂的增加，以DOT1L抑制时APs的不对称、自我更新分裂为代价。因此，他们进行了微注射Tis21 Btg2 gfp使用Dx-A555的小鼠，并在有和没有EPZ处理的培养皮层切片中跟踪细胞双链。在这里，GFP-表达在双态的两个细胞被认为是他们的祖细胞对称分裂的代理。因此，与未处理的样本相比，epz处理过的Dx-A555子细胞gfp阳性的双胞体数量更多，这意味着DOT1L抑制导致APs的对称和神经源性分裂增加。

总之，在正常皮层发育过程中，DOT1L活性通过促进AP不对称、自我更新分裂和阻碍过早神经发生来保护AP池。

DOT1L实际上是如何保护AP身份的?

DOT1L抑制导致神经祖细胞表观遗传和代谢改变

1. 为了获得关于DOT1L作用的机制见解，作者对来自epz处理和未处理的皮层样本的fac分类ap和ap来源细胞进行了单细胞RNA测序(scRNA-seq)。scRNA-seq在epz处理和未处理样品的发育中的小鼠皮层中都发现了APs、bp和具有罕见的瞬时转录状态(TTS)的细胞集群。基因本体论分析表明，TTS细胞表达上皮样标记，这些标记与APs相关，但增殖能力降低。更有趣的是，与未处理的对照组相比，epz处理的样本显示出更大的TTS簇和更少的APs比例。
2. 有趣的是，epz处理样本的TTS高表达与氧化磷酸化相关的基因，如asn．该基因编码天冬酰胺合成酶，一种将谷氨酰胺代谢为谷氨酸的酶，最终为克雷布斯循环提供养分，而克雷布斯循环反过来又为线粒体中的氧化磷酸化提供养分。由于与祖细胞相比，氧化磷酸化的增加是神经元代谢状态的一个标志，研究人员提出，DOT1L抑制通过将APs的代谢转移到TTS细胞的更像神经元的代谢状态而导致过早的神经发生。事实上，ASNS在培养的皮层切片中过度表达是充分的本身与未处理的对照组相比，增加tubb3阳性ap来源细胞的数量。相反,asn与EPZ处理的对照组相比，EPZ处理的抑制可以挽救过早的AP神经元分化。
3. 研究人员提出了DOT1L功能和asn介导的代谢调节之间的表观遗传联系。事实上，他们发现抑制DOT1L导致甲基化降低asn神经元祖细胞中的基因位点。作者提出，DOT1L抑制降低了EZH2的通路水平asn轨迹。EZH2是polycomb阻遏复合物2的一个组成部分，通常在基因位点上促进H3K27的甲基化，抑制其表达。由于EZH2的通路减少，转录asn增加，这可能会导致ASNS活动增加。随后，神经元祖细胞中的克雷布斯循环和氧化磷酸化增强，从而获得更像神经元的代谢状态。

给作者的问题

1. 你有没有想过生活成像ap跟踪增加对称的DOT1L抑制后的细胞分裂模式?
2. 尽管DOT1L抑制后tubb3阳性细胞数量显著增加，但eoms阳性BPs的数量并未显著减少。你认为DOT1L抑制有利于神经元状态的获得而不是BP状态，但我们如何将这一发现与BP池中几乎不变的细胞数量联系起来?
3. 您是否考虑过使用特定的CreLoxP鼠标执行AP谱系跟踪?

发布时间:2022年8月26日

doi:https://doi.org/10.1242/prelights.32573

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