脊椎動(dòng)物的小腦發(fā)育起源于后腦翼板背側(cè)部的菱唇，左右兩菱唇在中線融合，形成小腦板。小腦板外表面的外顆粒細(xì)胞層（External granular layer，EGL）的神經(jīng)上皮細(xì)胞保持高度分裂增殖的能力，在小腦表面形成一個(gè)細(xì)胞增殖區(qū)，使小腦表面迅速擴(kuò)大并產(chǎn)生皺褶，形成小腦葉片。小腦外顆粒細(xì)胞層細(xì)胞的發(fā)育與增殖對(duì)小腦最終的形態(tài)形成和功能起著重要作用。越來(lái)越多的研究證據(jù)表明，浦肯野細(xì)胞分泌的Shh信號(hào)因子對(duì)維持外顆粒細(xì)胞層細(xì)胞的增殖能力是必需的。Shh作為一種細(xì)胞增殖因子與位于EGL的小腦顆粒祖細(xì)胞上的抑制型細(xì)胞膜受體Ptch1結(jié)合，解除了Ptch1對(duì)Shh信號(hào)通路下游激活型跨膜受體的抑制，并激活Smo下游信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程，促進(jìn)下游如Gli1、Ptch1和Cyclin D等在內(nèi)的靶基因的轉(zhuǎn)錄激活，誘導(dǎo)位于外顆粒細(xì)胞層的顆粒神經(jīng)元前體細(xì)胞的增殖，以此維持EGL的擴(kuò)增，促進(jìn)小腦的發(fā)育過(guò)程。雖然Shh信號(hào)通路在小腦發(fā)育中起重要作用，但小腦發(fā)育過(guò)程中Shh信號(hào)通路傳導(dǎo)的調(diào)控機(jī)制仍不是很清楚。

中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所毛炳宇課題組一直致力于胚胎早期發(fā)育過(guò)程中的信號(hào)調(diào)控機(jī)制研究。該課題組最近的研究工作揭示了泛素連接酶RNF220通過(guò)促進(jìn)Gli的非降解性的泛素化修飾調(diào)控脊椎動(dòng)物早期神經(jīng)管腹側(cè)的Shh濃度梯度，參與腹側(cè)神經(jīng)管的圖式形成（Ma et al., 2019, Cell Reports; Ma et al., 2019, J Mol Cell Biol）。在此基礎(chǔ)上，該課題組進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，RNF220在小鼠早胚胎的小腦顆粒祖細(xì)胞中特異高表達(dá)；并且，在RNF220敲除小鼠胚胎中，小腦顆粒祖細(xì)胞增殖受抑制，小腦發(fā)育異常，Shh信號(hào)通路的靶基因下調(diào)，提示RNF220在小腦發(fā)育中正調(diào)控Shh信號(hào)通路參與小腦發(fā)育。在具體的分子機(jī)制解析中，研究人員發(fā)現(xiàn)在小腦的發(fā)育過(guò)程中，RNF220可以繞過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)錄因子Gli的調(diào)控，通過(guò)對(duì)PRC2蛋白復(fù)合體成員EED的蛋白穩(wěn)定性的調(diào)控，直接影響Shh/Gli信號(hào)通路靶基因的表觀遺傳修飾水平，正調(diào)控Shh信號(hào)通路，從而促進(jìn)小腦顆粒祖細(xì)胞的增殖。

小腦發(fā)育后期Shh信號(hào)通路的持續(xù)活化會(huì)導(dǎo)致髓母細(xì)胞瘤的發(fā)生。研究人員還檢測(cè)到RNF220在Shh亞型髓母細(xì)胞瘤的臨床樣本中高表達(dá)；RNF220敲降的髓母細(xì)胞瘤細(xì)胞的增殖水平和致瘤性降低，Shh信號(hào)通路的靶基因表達(dá)水平也受到顯著下調(diào)，提示RNF220的異常高表達(dá)參與了Shh亞型的髓母細(xì)胞瘤的發(fā)生發(fā)展。

該研究進(jìn)一步揭示了脊椎動(dòng)物早期胚胎發(fā)育過(guò)程中Shh信號(hào)通路精細(xì)調(diào)控的具體機(jī)制，闡明了RNF220在小腦發(fā)育和髓母細(xì)胞瘤發(fā)生發(fā)展中的功能和作用機(jī)制。該研究以RNF220 is required for cerebellum development and regulates medulloblastoma progression through epigenetic modulation of Shh signaling 為題發(fā)表在Development 雜志上。昆明動(dòng)物所副研究員馬鵬程和中科院昆明植物研究所博士安濤為文章的共同第一作者，昆明動(dòng)物所研究員毛炳宇和昆明植物所研究員李艷為文章的共同通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委和遺傳資源與進(jìn)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。

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圖示：RNF220在小腦發(fā)育中的表達(dá)模式以及RNF220敲除小腦發(fā)育異常并下調(diào)Shh信號(hào)通路

來(lái)源：昆明動(dòng)物研究所