POU3F2

11月6日，山东大学研究团队在期刊《Cell Death&Disease》上发表了研究论文，题为“KIF1A promotes neuroendocrine differentiation in prostate cancer by regulating the OGT-mediated O-GlcNAcylation”，本研究中，研究人员进行了泛癌差异mRNA丰度分析，发现KIF1A在NEPC中高表达。KIF1A敲除受损的神经内分泌（NE）特征，包括NE标记基因表达、干性和上皮间质转化（EMT），而KIF1A过表达促进这些过程。体外和体内实验表明，靶向KIF1A可抑制NE分化前列腺癌（PCa）细胞的生长。在机制上，KIF1A与O-linked n -乙酰氨基葡萄糖转移酶（OGT）结合并调节其蛋白表达和活性。KIF1A过表达诱导的OGT核积累促进了核内β-catenin和OCT4的o - glcn酰化。更重要的是，我们的数据显示，OGT对于KIF1A诱导的NE分化和侵袭性肿瘤生长至关重要。OGT抑制剂OSMI-1可以显著抑制NE分化PCa细胞的体外增殖和体内肿瘤生长。本研究结果表明，KIF1A通过调节ogt介导的o - glcn酰化，促进NE向NEPC分化。对于KIF1A表达升高的PCa患者，靶向o - glcn酰化可能会抑制NEPC的进展。 https://www.nature.com/articles/s41419-024-07142-2#Sec17 背景信息 01 神经内分泌前列腺癌（NEPC）是一种高度侵袭性的前列腺癌（PCa）类型，通常具有典型的神经内分泌（NE）标记物，如ENO2、SYP和CHGA，但没有或只有低水平的雄激素受体（AR）和AR调节的基因。NEPC肿瘤不依赖于AR信号通路，对内分泌治疗不敏感。从腺癌分化为NEPC的分子机制可能揭示NEPC的可靶向的弱点和新的治疗策略。 NEPC中存在多种遗传改变，包括TP53、RB1和PTEN的突变以及N-MYC、AURKA等的扩增。TP53和RB1的缺失会增加NE标记物、干细胞重编程因子和表观遗传调节因子的表达，导致表观遗传重编程向干细胞样状态的方向发展，最终促进NEPC的形成。研究人员证明，N-MYC驱动来自人类前列腺上皮细胞的NEPC，其他人员则指出，N-MYC驱动NEPC表型和EMT分子程序。同时，其他驱动/调节NEPC的分子似乎也过度表达，包括MUC-1、BRN2、SOX2、ONECUT2、EZH2、SRRM4、SPINK1等。MUC1-C通过将MYC和NF-κB p65通路的激活与p53的抑制相结合，促进上皮间质转化（EMT）、干细胞特性和NE转分化，从而促进NEPC进展。研究人员将BRN2确定为NEPC的主要驱动因子，它通过协同调节神经祖细胞特异性靶点，促进NE分化。然而，CRPC向更具侵袭性的NEPC的转化机制尚未得到充分阐明。 KIF1A在体外和体内NE细胞转分化的PCa细胞的侵袭性生长中至关重要 02 研究人员研究了KIF1A表达是否影响LNCaP-AI细胞的侵袭性。KIF1A敲低显著抑制了CCK-8和EDU检测的细胞增殖。KIF1A抑制还导致LNCaP-AI细胞的迁移、侵袭、克隆形成和球形形成能力降低。与对照组相比，在LNCaP和DU145细胞中过表达KIF1A导致细胞增殖、迁移、侵袭和球形形成加速。此外，在裸鼠体内建立的LNCaP-AI细胞异种移植模型中，KIF1A敲低抑制了移植瘤的生长。KIF1A敲低的LNCaP-AI细胞异种移植模型的平均肿瘤体积为79.15±16.83mm³，而对照组为383.5±51.69mm³（p<0.0001）。KIF1A敲低的LNCaP-AI细胞异种移植模型的平均肿瘤重量为0.0226±0.0056g，显著低于对照组的平均肿瘤重量0.4234±0.03369g（p<0.0001）。H&E染色显示，来自LNCaP-AI细胞的异种移植肿瘤具有类似于小细胞神经内分泌癌的形态学特征。同时，研究人员在LNCaP-AI细胞异种移植肿瘤中进行了KIF1A、AR、Ki67、NCAM1和SYP的免疫组织化学染色。两组异种移植物均显示AR染色的低强度，而NE标记物和Ki67指数在shKIF1A组中降低。总之，这些结果揭示了KIF1A在NE转化的PCa细胞中促进侵袭性肿瘤进展的作用。 OGT对于KIF1A诱导的神经元元现象和侵袭性生长至关重要 03 为了进一步验证OGT在KIF1A介导的NE转分化中的作用，研究人员在KIF1A敲低的LNCaP-AI细胞中过表达OGT。KIF1A敲低导致NCAM1、ENO2和SYP表达降低，而OGT过表达恢复了这些NE标志物的表达。OGT过表达消除了KIF1A敲低的作用，包括上调E-cadherin表达和下调Vimentin和N-cadherin表达。同样，KIF1A在LNCaP-AI细胞中的敲低导致干细胞相关基因表达降低和球形形成能力降低，而OGT过表达恢复了这些能力。此外，KIF1A敲低导致的细胞增殖、迁移和侵袭能力降低随着OGT过表达而显著增加。OGT过表达还恢复了shKIF1A导致的LNCaP-AI细胞肿瘤异种移植生长能力的降低。KIF1A敲低导致的Ki67指数和NE标志物表达降低随着OGT过表达而显著增加。此外，OSMI-1治疗抑制了LNCaP-AI细胞的增殖、迁移和侵袭以及肿瘤生长。然而，OSMI-1在LNCaP-AI细胞中的使用并未影响AR信号通路，无论是在AR蛋白表达还是关键下游分子的转录方面。这些数据表明，OGT对于KIF1A诱导的NE转分化和侵袭性生长至关重要。综上所述，我们提出KIF1A通过调节OGT和OCT4及β-连环蛋白的O-GlcNAcylation促进前列腺腺癌的NE转分化。 结论 04 在这项研究中，研究人员阐明了KIF1A表达与NE表型之间的正相关关系。本研究结果表明，KIF1A通过调节由OGT介导的O-GlcNAcylation来促进NE分化。此外，靶向O-GlcNAcylation为抑制NEPC的进展提供了一种有前途的治疗策略。（转化医学网360zhyx.com） 【参考资料】 https://www.nature.com/articles/s41419-024-07142-2#Sec17 【关于投稿】 转化医学网（360zhyx.com）是转化医学核心门户，旨在推动基础研究、临床诊疗和产业的发展，核心内容涵盖组学、检验、免疫、肿瘤、心血管、糖尿病等。如您有最新的研究内容发表，欢迎联系我们进行免费报道（公众号菜单栏-在线客服联系），我们的理念：内容创造价值，转化铸就未来！ 转化医学网（360zhyx.com）发布的文章旨在介绍前沿医学研究进展，不能作为治疗方案使用；如需获得健康指导，请至正规医院就诊。

哺乳动物大脑皮层GABA能抑制性神经元产生于腹侧端脑的神经祖细胞，经过长距离切向迁移到达背侧端脑，与皮层内的神经元形成连接，参与构建神经环路，调节神经元活动。虽然大脑皮层抑制性神经元的数量远少于兴奋性神经元，但其细胞类型极为丰富繁多。根据抑制性神经元形态、神经电生理活动、基因表达和环路连接等多个维度的特征，哺乳动物大脑皮层抑制性神经元至少有数十种细胞类型。而抑制性神经元的多样性也是大脑能够实现复杂而精细功能的基础。大脑皮层抑制性神经元发育的异常往往会导致如癫痫、自闭症、精神分裂、智力障碍等多种神经精神疾病。因此，研究大脑皮层抑制性神经元的发育过程具有极为重要的生理和病理意义，而抑制性神经元多样性的产生过程及其分子调控机制也是神经科学领域内极为重要的科学问题之一。2023年12月11日，清华大学生命科学学院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院、生命科学联合中心米达课题组与VIB脑与疾病中心Lynette Lim课题组和伦敦国王学院发育神经生物学中心Oscar Marín课题组合作在《神经元》Neuron发表了题为“大脑皮层生长抑素类长投射神经元和中间神经元表现不同的发育轨迹”（Cortical somatostatin long-range projection neurons and interneurons exhibit divergent developmental trajectories）大脑皮层生长抑素类长投射神经元和中间神经元表现不同的发育轨迹”的研究论文。研究揭示了大脑皮层生长抑素类抑制性神经元多样性的发育过程，阐明了抑制性长投射神经元和中间神经元不同的发育轨迹，发现了调控抑制性长投射神经元特化成熟的分子程序。生长抑素类（SST）抑制性神经元作为大脑皮层抑制性神经元的主要类型之一，产生于腹侧端脑中间神经节隆起（MGE）。由MGE的神经祖细胞分裂后产生的新生抑制性神经元主要为小清蛋白类（PV）神经元和SST神经元。SST神经元绝大多数是形成局部投射的中间神经元，极少数会建立长程投射来调控其他脑区的神经元活动。为了研究SST神经元多样性的发育机制，研究人员通过转基因小鼠内源荧光标记SST神经元，利用流式分选富集了胚胎发育第16.5天（E16.5）、出生后第1天（P1）和出生后第5天（P5）位于小鼠大脑皮层的SST神经元，而后进行单细胞转录组测序（图1）。通过数据整合与分析，发育时期的SST神经元可以聚类为建立长程投射的长投射（LRP）神经元类型（包含4个转录组亚型），和建立局部投射的中间神经元类型。中间神经元则聚类为Martinotti（MC）细胞类型（包含3个转录组亚型）和non-Martinotti（nMC）细胞类型（包含5个转录组亚型）。同时，研究人员结合公开数据中P10小鼠大脑皮层SST神经元的基因表达进行分群和对比，发现大脑皮层SST神经元的多样性在胚胎发育时期已经出现并在出生后持续稳定存在。  ▲图1：发育过程中大脑皮层SST神经元的多样性随后，研究人员根据SST神经元发育轨迹的分析，指出早在胚胎发育时期，SST神经元内部已经建立两支截然不同的发育轨迹——其一为形成长程投射的LRP神经元，另一为形成局部投射的中间神经元（图2）。针对胚胎时期已获得细胞命运的LRP神经元亚型进行分析，研究人员发现特异性富集表达于LRP2亚型神经元的转录因子Dach1以及富集表达于大部分LRP神经元的转录因子Pou3f。  ▲图2：SST抑制性神经元不同的发育轨迹研究人员利用SST-Cre转基因工具鼠条件性敲除Dach1或Pou3f2基因。研究发现LRP神经元缺失Dach1后，会导致其向对侧纹状体的长程投射显著性增加，但并未影响LRP神经元本身的数量；然而LRP神经元缺失Pou3f2后，并不影响其向对侧的长程投射，但LRP神经元的数量在P5之后会显著性的下降。这表明Dach1和Pou3f2分别对LRP神经元建立正确投射和维持细胞存活起到了重要的作用 （图3）。 ▲图3：Dach1和Pou3f2对SST长投射神经元发育的作用综上所述，该研究工作结合单细胞转录组和空间转录组测序分析、遗传学、细胞谱系追踪和病毒示踪等技术手段，揭示了大脑皮层SST长投射和SST中间神经元不同的发育轨迹，以及驱动其发育成熟的不同分子程序。该研究工作阐明细胞命运决定的时间规律在不同类型抑制性神经元之间具有异质性，为深入理解抑制性神经元多样性的发育机制提供了重要理论补充。清华大学生命科学学院米达助理教授、VIB脑与疾病中心Lynette Lim研究员和伦敦国王学院发育神经生物学中心Oscar Marín教授为该论文共同通讯作者。其中，清华大学生命科学学院/IDG-麦戈文脑科学研究院/生命科学联合中心2019级博士研究生龙真与2021级博士研究生燕逸铭为本文共同第一作者。原文链接:https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(23)00887-5  本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！

邵志成团队开发了可将人星形胶质细胞转化为神经类器官的方法，证明了移植后的脊髓类器官可拥有脊髓细胞特性，并能够与宿主神经元相整合，有助于脊髓损伤的恢复。 让脊髓损伤的瘫痪患者重新站起来，一直是医学界最想要解决的难题之一。目前，解决这一问题较为成熟的方法是移植各种具有神经修复功能的细胞到脊髓损伤处，如少突胶质细胞前体细胞[1]、神经干细胞[2]和人多能干细胞（hPSC）[3]等。 虽然这些方法对于改善脊髓损伤小鼠的运动功能具有一定的效果，但是或多或少都存在一定缺陷，如原始细胞获取困难、需要进行移植手术以及移植后的排斥反应等[4]。近年来，科学家提出了一种新治疗策略来解决以上的问题，那就是直接在体内重编程神经胶质细胞，使其成为具有治疗脊髓损伤的能力[5]。 已有研究表明，通过基因编辑联合小分子化合物，人类和小鼠的星形胶质细胞可以在体外、体内有效地转化为不同种类、不同功能的神经元，但这些神经元无法增殖并形成类似神经系统结构的神经类器官，因而治疗潜力有限[6, 7]。 近日，来自复旦大学的邵志成团队在《自然·生物医学工程》杂志发表重磅研究成果，他们开发了将星形胶质细胞诱导成为神经类器官的方法（称为Op53-CSBRY），即在人星形胶质细胞中过表达OCT4（O）、抑制p53，以及添加小分子化合物CHIR99021（C）、SB431542（SB）、RepSox（R）和Y27632（Y）[8]。 更为重要的是，通过Op53-CSBRY方法生成的类器官，在添加bFGF、SAG和BMP激活脊髓发育相关信号通路后，可形成具有脊髓背侧和腹侧神经元功能的脊髓类器官。在将脊髓类器官移植给脊髓损伤的小鼠后，类器官可存活并分化为脊髓神经元，并与宿主神经元形成突触，改善小鼠的运动功能。 该研究使得人星形胶质细胞在体内直接重编程为神经类器官，以修复神经系统损伤的设想往前迈出了一大步。 论文首页截图 为了使神经胶质细胞形成神经类器官，研究人员首先在人星形胶质细胞中过表达OCT4（维持细胞多潜能性，为诱导产生多能干细胞的必要因子[9]）的同时敲低p53（可促进细胞增殖[10]）[以下称为Op53]，但他们发现仅有少数星形胶质细胞可以重编程为MAP2+（神经元标志物）细胞。 为了提高星形胶质细胞转化效率，研究人员通过对15种参与神经分化或体细胞重编程的小分子化合物进行筛选后，发现当用CHIR99021、SB431542、RepSox和Y27632处理Op53星形胶质细胞时，其重编程为MAP2+神经元的效率显著增加（>8%），而同时添加这4种化合物（CSBRY）可进一步提高转化效率。 这表明人星形胶质细胞可以在体外通过Op53-CSBRY方法重编程为神经元。 CSBRY可提高Op53细胞转化为神经元效率 但能转化为神经元还不够，还得能形成具有神经结构或功能的神经类器官，这样才有可能用来治疗脊髓损伤。 因此，研究团队对经Op53-CSBRY处理的人星形胶质细胞进行观察，发现在悬浮培养条件下的第14天，细胞形成了许多球形结构。进一步将细胞接种到基质胶后，球状结构可进一步生长，在培养到第15周时直径可达到4-5毫米。 经Op53-CSBRY处理的人星形胶质细胞可生长为球形结构 同时，经过一系列的染色，研究人员发现培养出的球形结构具备脑类器官结构，如深部脑皮层标志物CTIP2+和TBR1+的细胞分布在PAX6+细胞构成的脑室带样结构的外侧，而表层神经元标志物SATB2+和BRN2+的细胞位于中间层，并与Reelin+细胞分离，这类似于大脑皮层的I层边缘区。 这些发现表明，Op53-CSBRY可诱导人星形胶质细胞转化为脑类器官。 Op53-CSBRY可诱导人星形胶质细胞转化为脑类器官 先前有研究表明，FGF、SHH和BMP4相关通路对于脊髓组织的发育具有调控作用[11]。研究人员猜想，既然Op53-CSBRY可诱导人星形胶质细胞转化为脑类器官，那么再调控这些通路能否使其转化为脊髓类器官呢？ 为了搞清楚这个问题，研究人员在Op53-CSBRY诱导的星形胶质细胞中添加了bFGF、SAG（SHH通路激动剂）和BMP4，并发现长成的类器官果然显示出了类似脊髓的结构。脊髓腹侧祖细胞标志物Nkx6.1、Olig2以及脊髓背侧祖细胞标志物Olig3在形成的类器官中高度表达。同时，Nkx6.1+细胞形成脑室带样结构，背侧Olig3+细胞与腹侧Nkx6.1+细胞明显分离，且Olig2+腹侧运动神经前体细胞与Nkx6.1+细胞共定位。 更为重要的是，研究人员还观察到生成的类器官中有不同亚型的脊髓神经元，如ChAT+或HB9+脊髓特异性运动神经元、GAD67+抑制性中间神经元和VGLUT1+兴奋性神经元。 这些结果表明，该方法可诱导星形胶质细胞形成脊髓类器官（hADSC类器官）。 在Op53-CSBRY诱导的星形胶质细胞中添加了bFGF、SAG和BMP4可诱导星形胶质细胞形成脊髓类器官 为了进一步研究hADSC类器官的特征，研究人员对其进行了单细胞RNA测序和电生理分析，结果均再次表明hADSC类器官包括了脊髓中的主要神经元亚型，并具有完整的神经元功能。 接下来便是测试研究所得到的hADSC类器官是否能够对脊髓损伤起到治疗效果。 研究人员将GFP标记的hADSC类器官移植到了7周龄免疫缺陷小鼠的脊髓中，这些小鼠在T10（第10胸髓）处被完全切除。 实验结果显示，hADSC类器官可在小鼠体内正常生长，形成脊髓腹侧和背侧祖细胞以及脊髓的主要神经元亚型，并在移植6周后与宿主小鼠的脊髓相融合，即hADSC类器官中的神经元与小鼠脊髓中的神经元形成突触结构。 这些结果表明移植的hADSC类器官可存活并分化成脊髓神经元，建立与宿主神经元的突触连接，从而重新连接完全受损的脊髓组织。 移植的hADSC类器官可重新连接完全受损的脊髓组织 最后，小鼠的运动功能测试表明，在hADSC类器官移植6周后，虽然小鼠自发运动功能没有明显改善，但在强烈刺激后小鼠可表现出后肢运动反应，表明类器官移植有可能增强脊髓损伤后的运动功能。 总的来说，邵志成团队开发了可将人星形胶质细胞转化为神经类器官的方法，证明了移植后的脊髓类器官可拥有脊髓细胞特性，并能够与宿主神经元相整合，有助于脊髓损伤的恢复。 这一研究成果为今后直接在体内重编程内源性胶质细胞修复神经损伤，打下了坚实的基础。 参考文献 1.Andersen J, Revah O, Miura Y, Thom N, Amin ND, Kelley KW, Singh M, Chen X, Thete MV, Walczak EM et al: Generation of Functional Human 3D Cortico-Motor Assembloids. Cell 2020, 183(7):1913-1929 e1926. 2.Lu P, Ceto S, Wang Y, Graham L, Wu D, Kumamaru H, Staufenberg E, Tuszynski MH: Prolonged human neural stem cell maturation supports recovery in injured rodent CNS. J Clin Invest 2017, 127(9):3287-3299. 3.Nori S, Okada Y, Yasuda A, Tsuji O, Takahashi Y, Kobayashi Y, Fujiyoshi K, Koike M, Uchiyama Y, Ikeda E et al: Grafted human-induced pluripotent stem-cell-derived neurospheres promote motor functional recovery after spinal cord injury in mice. Proc Natl Acad Sci U S A 2011, 108(40):16825-16830. 4.Di Lullo E, Kriegstein AR: The use of brain organoids to investigate neural development and disease. Nat Rev Neurosci 2017, 18(10):573-584. 5.Li H, Chen G: In Vivo Reprogramming for CNS Repair: Regenerating Neurons from Endogenous Glial Cells. Neuron 2016, 91(4):728-738. 6.Niu W, Zang T, Zou Y, Fang S, Smith DK, Bachoo R, Zhang CL: In vivo reprogramming of astrocytes to neuroblasts in the adult brain. Nat Cell Biol 2013, 15(10):1164-1175. 7.Rivetti di Val Cervo P, Romanov RA, Spigolon G, Masini D, Martin-Montanez E, Toledo EM, La Manno G, Feyder M, Pifl C, Ng YH et al: Induction of functional dopamine neurons from human astrocytes in vitro and mouse astrocytes in a Parkinson's disease model. Nat Biotechnol 2017, 35(5):444-452. 8.Xu J, Fang S, Deng S, Li H, Lin X, Huang Y, Chung S, Shu Y, Shao Z: Generation of neural organoids for spinal-cord regeneration via the direct reprogramming of human astrocytes. Nat Biomed Eng 2022. 9.Huangfu D, Osafune K, Maehr R, Guo W, Eijkelenboom A, Chen S, Muhlestein W, Melton DA: Induction of pluripotent stem cells from primary human fibroblasts with only Oct4 and Sox2. Nat Biotechnol 2008, 26(11):1269-1275. 10.Hafner A, Bulyk ML, Jambhekar A, Lahav G: The multiple mechanisms that regulate p53 activity and cell fate. Nat Rev Mol Cell Biol 2019, 20(4):199-210. 11.Kumamaru H, Kadoya K, Adler AF, Takashima Y, Graham L, Coppola G, Tuszynski MH: Generation and post-injury integration of human spinal cord neural stem cells. Nat Methods 2018, 15(9):723-731.