少突胶质在前脑和产后消除胚胎谱系中的竞争波外文翻译资料

 2023-01-04 11:36:44

少突胶质在前脑和产后消除胚胎谱系中的竞争波

作者：Nicoletta Kessaris1，Matthew Fogarty1，Palma Iannarelli1，Matthew Grist1，Michael Wegner2和William D Richardson1

摘要：少突胶质细胞祖细胞（OLPs）在前脑的发育起源一直存在争议。我们现在通过转基因小鼠的Cre-lox命运图谱表明，第一个OLP起源于内侧神经节隆起（MGE）和前腹侧前脑内的隐窝区（AEP）。从那里，他们填充整个胚胎端脑，包括大脑皮层，然后由第二波OLP从侧面和/或尾神经隆起（LGE和CGE）加入。最后，第三波在出生后的皮质内出现。当任何一个群体由于白喉毒素的靶向表达而在源头被破坏时，剩余的细胞接管并且小鼠存活并且行为正常，具有少突胶质细胞和髓磷脂的正常补充。因此，OLP的功能冗余人群在发育中的大脑中争夺空间。值得注意的是，MGE和AEP胚胎来源的人群在出生后期被淘汰，引发了关于竞争的性质和目的的质疑。

关键词：少突胶质、MGE-AEP、OLP、

神经元和胶质细胞的不同子类是在发育中脊髓和脑的心室区域的不同部位依次生成的。例如，脊髓运动神经元和少突胶质细胞（OL，髓磷脂形成细胞）来源于位于腹侧脑室区的称为运动神经元前体（pMN）的特定区域的前体，由转录因子Olig2的表达定义（参考文献1-4）。从那以后，OLPs全部通过脊髓迁移，然后分化成髓磷脂OL。 后来至少有一个OLPs来源于背脊，占最终OL人群的10-15％5-7。 在pMN中的OLP生成取决于信号分子Sonic hedgehog（Shh），而背侧来源可能是Shh独立的5-9。

在神经管的更多前部部分，特别是前脑的OL世代并不十分清楚。MGE的神经上皮细胞和腹侧前脑中的AEP表达Shh及其受体Patched（Ptc）以及Olig2，表明OLP可能主要在这些区域中形成10-12。事实上，在小鼠胚胎的第12天（E12）后，可以看到由血小板衍生的生长因子受体-a（Pdgfra）的表达定义的迁移性OLP在所有方向上从MGE和AEP流出，显然进入发育E16附近的大脑皮层（背端脑）（参考文献11,13）。在E16和出生（BE18）之间，皮层中的OLP数目显著增加，但是不知道这是否反映腹侧衍生的OLP的持续向内迁移和增殖或皮质内的OLP的新来源。双方都有一些证据。例如，皮质中的一些OLP表达转录因子Dlx1和Dlx2，表明它们起源于Dlx1和Dlx2首先被激活的腹侧端脑14-15。而且，在小鸡胚胎，少突胶质细胞谱系标志物髓磷脂蛋白脂蛋白（Plp-Dm20）和O4抗原的表达最初限于AEP16，并且小鸡鹌鹑嫁接实验表明所有皮质OL在鸟中都是腹侧来源的17。相比之下，使用Emx1-Cre转基因小鼠的细胞命运映射表明皮层中的许多OL是局部产生的18。此外，逆转录病毒命运映射表明，皮质OL继续在出生后期从位于侧脑室顶部皮质纹状体边界19-20室下区（SVZ）的前体形成。 解决这种不确定性是非常重要的，因为具有不同发育起源的OL可能通过不同的信号传导途径在成熟的大脑中具有不同的特性和功能。

为了解决OL来源的问题，我们在转基因小鼠中使用Cre-lox方法来跟踪端脑中不同的腹侧或背侧前体种群的发育。我们发现在前脑OL系细胞的发展出乎意料复杂和动态。在腹侧前脑中有来自表达Nkx2.1的前体的OLP一代的早期波; 它们首先出现在E12.5附近的腹侧MGE和AEP的脑室区，并随后广泛地迁移到端脑的所有部分，在E16之后进入大脑皮层。起初，他们是前脑中唯一的OLP，但他们对OLP总人口的贡献很快就下降了。到出生后第10天（P10），尽管皮层仍然是腹侧（亚皮下）区域的主要群体，但在皮质中Nkx2.1衍生的OLP或OL很少，相反，它们被皮层中的其他种群超越了LGE和CGE中的Gsh2阳性前体，后来来源内源性Emx1阳性皮质前体。 即使在腹部前额接近其原始来源，Nkx2.1衍生的OLPs和OLs逐渐丧失，并被其他人群所取代，几乎完全从成人前脑中消除。 这些发现有助于整合过去的研究，报告腹面，背侧或多个OLP起源10-24过多。

1Wolfson Institute for Biomedical Research and Department of Biology, University College London, Gower Street, London WC1E 6BT, UK. 2Institut fuuml; r Biochemie, Emil- Fischer Zentrum, Fahrstrasse 17, 91054 Erlangen, Germany. Correspondence should be addressed to B.R. (w.richardson@ucl.ac.uk) or N.K. (n.tekki-kessaris@ucl.ac.uk).

Received 7 September; accepted 30 November; published online 25 December 2005; doi:10.1038/nn1620

图1在前脑发育的不同时间从不同前体群体产生的三个连续波的OL。 （a，b）第一波Pdgfra OLPs的产生始于E12.5，来自MGE-AEP中表达Nkx2.1的前体。这些OLP在Nkx2.1-Cre /Rosa26R-GFP胚胎中表达GFP（绿色）（箭头在b中）。 （c，d）通过E14.5，Pdgfra GFP 细胞开始出现在Nkx2.1-Cre/Rosa26R-GFP胚胎的皮质纹状体边界处（d中的箭头），证明MGE-AEP- OLPs进入发育中的皮层。 （e，f）通过E16.5，在Nkx2.1-Cre/R26R-GFP皮层中观察到新的（Pdgfra ，GFP-）OLP波; 这些必须是由Nkx2.1-前体（f中的箭头）产生的。 （g，h）端脑中的所有Pdgfra 细胞在Nkx2.1-Cre/Gsh2-Cre/ Rosa26R-GFP三重转基因胚胎（h中的箭头）中共表达GFP，表明所有OLP源自腹侧前脑MGE-AEP和LGE-CGE）。 （i，j）在出生后早期的Nkx2.1-Cre/Gsh2-Cre/Rosa26R-GFP小鼠的端脑中出现（Pdgfra ，GFP-）OLP的另一波（j中的箭头）。 （k，l）表达Emx1的皮质前体在出生后开始产生OLP和OL（箭头在l中）。 （m，n）在通过腹侧衍生的OLP侵入皮层之前，在E9.5给予怀孕的Emx1-CreERT2雌性一次的他莫昔芬一次，在胚胎中激活Cre重组，并且导致GFP报道子在子集Sox10OLPs（n中的箭头） - 因此必须由内源性皮层前体产生。 （o）模型说明我们的结论，三个连续波的OLP是基因。从远端脑室区的不同部分评估：（i）从E12.5开始的表达Nkx2.1的前体; （ii）从E15.5开始的表达Gsh2的LGE-CGE前体; 和（iii）来自表达Emx1的皮质前体（P0）。 比例尺：（a，c，e，g，i，k），500毫米; （b，d，f，h，j，l，n），60mm

我们的研究结果提出了来自MGE-AEP，LGE-CGE和皮质的不同OL系是否在功能上特异性的问题。为了解决这个问题，我们设计了一个遗传消融策略，以分别消除白喉毒素A片段（DTA;参考文献25）的三个OLP群体中的每一个。我们发现，当我们杀死任何一个人群时，效果是良性的：邻近的种群传播到空白区域，OLP正常分布恢复，小鼠正常发育并存活。因此，到目前为止，我们尚未发现前脑中不同OL谱系之间功能异质性的证据。我们的数据表明，OLP的不同区域亚群在发育中的大脑中争夺空间。这可能有助于胚胎MGE-AEP（Nkx2.1）衍生的OLP群体的最终消亡。

结果

第一个OLP来源于MGE-AEP

先前的免疫组织化学和移植研究表明在腹侧前脑（MGE和AEP）11,13-17,21,22中至少有一个OL谱系细胞来源。 为了直接测试腹侧端脑中是否产生OLP，我们在Nkx2.1的转录控制下产生了表达Cre重组酶的P1衍生人工染色体（PAC）转基因小鼠，其编码在MGE，隔，AEP，视前区和其他更多的后腹前脑区中表达的同源域转录因子。Cre转基因的表达忠实地概括了内源性Nkx2.1模式（补充图1在线）。我们将Nkx2.1-Cre小鼠穿过Cre依赖的Rosa26R-GFP报告系，并检测了胚胎后代中存在也表达绿色荧光蛋白（GFP）的Pdgfra阳性（Pdgfra ）OLP，表明它们一定是来源于表达Nkx2.1的前体。

在端脑的大部分地方，GFP Pdgfra OLP群体仅仅是所有GFP 细胞的一小部分。在皮质中大多数GFP 细胞代表已知在MGE中起源的GABA能中间神经元（参考文献26-28）。 第一个GFP Pdgfra OLPs出现在E11.5-E12.5的腹侧MGE和AEP（图1a，b），并以腹侧至背侧的方式逐渐遍布整个端脑。直到E14.5，腹侧端脑和大脑皮质中的大部分Pdgfra OLPs共表达GFP，表明胚胎前脑中OL的主要来源位于表达Nkx2.1的神经上皮内（图1c，d）。然而，E16.5出现了GFP阴性（GFP-）Pdgfra OLPs的新群体，主要在皮质中间区（箭头，图1e，f）。这些GFP-OLP必须发源于MGE-AEP之外。

来自LGE-CGE和皮层的OLP的后续波

表示Olig2并且似乎可能产生OL的端脑的另一个区域是LGE。为了命运映射LGE，我们在Gsh2控制下产生了表达Cre的PAC转基因。Gsh2是在LGE-CGE中强烈表达，但与MGE中的Nkx2.1部分重叠（补充图1）。为了绘制腹侧前脑的总体贡献，我们产生了三转基因Gsh2-Cre/Nkx2.1-Cre/Rosa26R-GFP小鼠。在E16.5三重转基因动物中，实际上端脑中的所有Pdgfra OLPS也包括GFP （图1g，h）。这表明在出生之前，皮层中的所有OLP均是腹侧来源的，首先从MGE-AEP迁移，然后从LGE，CGE或两者迁移。然而，在出生当天，GFP-OLPs再次开始在三重转基因（箭头，图1i，j）的皮层中累积，表明至少存在另一个OLP来源MGE-AEP或LGE-CGE-可能在皮层内。

图2胚胎Nkx2.1派生的OL谱系在出生后期迅速消失。 （a，b）在Nkx2.1-Cre/Rosa26R-GFP小鼠中，GFP （绿色），Sox10 （红色）双阳性OLP在P10皮层中已经是少数（箭头a）他们的贡献由P80下降到零。 （c，d）在P10处，实际上腹部区域中的所有OLP（例如隔膜）均源自表达Nkx2.1（MGE-AEP衍生的）前体（GFP，Sox10双阳性; c）黄色核，但是即使在这里，它们也被P80所代替（GFP-）. （e-j）比例Sox10 OL谱系细胞的三种不同群体的贡献表示为每个区域中Sox10 细胞总数的百分比（平均值plusmn;sd）。 在出生和成年期间，基本上消除了源自表达Nkx2.1的前体的OL和OLP来自大多数被审查的地区。 由皮质前体（Emx1衍生的）产生的OL和OLP在所有阶段都保持在皮质内。 表达Gsh2的前体产生OLs和OLP，传播到整个端脑。 POA，

视前区; MC，运动皮层; AC，前面

合; 很多，侧面嗅觉; CC,胼胝体 比例尺，100毫米。

为了检查内源性皮质前体的命运，Emx1-Cre转基因（补充图1）。在这些小鼠中，Cre在皮层前体中表达强烈，并且Emx1-Cre/Rosa26R-GFP小鼠中的GFP记者的活化在出生后皮层中广泛存在（补充图1）。GFP存在于细胞的整个细胞质中，甚至沿着轴突，使得从皮质突出到腹侧前脑的纤维束被GFP标记（箭头，图1k）。Emx1衍生的（GFP Pdgfra ）OLPs首先出现在出生后的皮层（图1k，l），之后迅速增加。 在腹侧端脑中从未观察到Emx1衍生的OLP。

我们的数据表明，皮层OLP由MGE-AEP和LGE-CGE两个移民人口以及居民皮质人群组成。为了排除Emx1衍生的OLP是腹部衍生的细胞，在它们迁移到皮质场后从头开始表达Emx1的可能性，我们产生了另一种表达Cre重组酶CreERT2的他莫昔芬诱导形式的转基因系在Emx1控制下（补充图1）。我们通过在E9.5，在胶质细胞发生之前施用一次他莫昔芬来瞬时诱导Cre活性。由于他莫昔芬在48小时内被清除，因此在BE11.5之后，Cre不能在从其他地方迁移到皮层的OLP中被激活。我们分析了他莫昔芬治疗的P9小鼠。中枢神经系统中的Pdgfra表达限于早期的OLP，并且一旦细胞退出细胞周期并开始分化成OLs29，30，则其被下调。因此我们使用了一种抗体到Sox10，它开始在OLP中比Pdgfra稍晚表达，但是在Pdgfra下调后仍然存在于成熟的OL中（参考文献31）。

CreERT2介导的重组相对于常规Cre而言效率相对较低，从而在整个皮质中观察到分离良好的GFP标记的细胞或细胞群。这些包括Sox10 OL和OLPs，以及具有神经元和星形胶质细胞形态的细胞（图1m，n）。GFP Sox10 细胞包含全部GFP 细胞的B20％，并且在皮质的所有部分都观察到（箭头，图1n）。 我们得出结论，它们是由内源性皮层前体形成的，而不是从内向迁移的细胞形成的。

产后根除Nkx2.1衍生的谱系

我们的数据表明，从MGE-AEP，LGE-CGE和皮层分别有三个连续的OLP在胚胎端脑中产生和迁移的波形（图1O）。为了确定这三个OLP群体如何贡献出生后和成人端脑和他们混合的程度，我们分析了Nkx2.1-Cre/Rosa26R-GFPGsh2-Cre/ Rosa2

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