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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 大鼠胚胎脊髓神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中BDNF的作用及其機(jī)制研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子廣泛分布于各腦區(qū)和脊髓中神經(jīng)元胞體及突起中，在胚胎脊髓的發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，但其對(duì)發(fā)育過(guò)程中的神經(jīng)細(xì)胞的具體作用及其機(jī)制不明。本實(shí)驗(yàn)擬通過(guò)體外培養(yǎng)大鼠胚胎脊髓神經(jīng)細(xì)胞，從正向和反向兩方面予以干預(yù)后，觀察神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)和活力變化，并通過(guò)免疫組織化學(xué)技術(shù)檢測(cè)BDNF下游信號(hào)分子TrkB和β-catenin的變化情況，初步探討B(tài)DNF對(duì)大鼠胚胎脊髓發(fā)育的作用機(jī)制。
- 詳細(xì)介紹：
- 脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育過(guò)程中，神經(jīng)胚期是一個(gè)重要的發(fā)育時(shí)期，這個(gè)階段胚胎外胚層增厚形成上皮性神經(jīng)板，神經(jīng)板兩側(cè)隆起形成神經(jīng)褶，隨后神經(jīng)褶兩側(cè)向背中線合攏并愈合成神經(jīng)管。神經(jīng)上皮最初為單層柱狀，后演變?yōu)榧購(gòu)?fù)層柱狀，最終變?yōu)閺?fù)層，處于分裂間期的細(xì)胞呈上窄下寬的楔形，進(jìn)入分裂期后變?yōu)榍蛐尾⒁浦辽掀び坞x面，分裂后又變?yōu)樾ㄐ尾⑦M(jìn)入下一個(gè)細(xì)胞周期，神經(jīng)上皮細(xì)胞的不斷增殖和細(xì)胞形態(tài)的這種規(guī)律性變化，導(dǎo)致了神經(jīng)褶的形成并逐漸閉合為神經(jīng)管，這個(gè)過(guò)程發(fā)生異常會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)管缺陷。 腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF)是神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族的重要成員，Barde等于1982年從豬腦中分離出來(lái)，其在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程的表達(dá)具有時(shí)空特異性，與神經(jīng)元的生長(zhǎng)、發(fā)育、分化、成熟有密切的關(guān)系。BDNF廣泛分布于各腦區(qū)和脊髓中神經(jīng)細(xì)胞胞體及突起中，特別是在海馬和皮層中含量最高。BDNF也參與了大鼠胚胎期、生后及成年的整個(gè)發(fā)育過(guò)程，在成年猴腦和脊髓中也有表達(dá)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中BDNF主要作用于基底前腦膽堿能神經(jīng)元，本體感覺(jué)三叉神經(jīng)元，黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元，前腦γ-氨基丁酸能神經(jīng)元，視網(wǎng)膜節(jié)細(xì)胞，面神經(jīng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。其生物學(xué)意義在于：1、維持感覺(jué)神經(jīng)元、基底前腦膽堿能神經(jīng)元及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的存活；2、促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的分化； 3、保護(hù)腦缺血中的細(xì)胞變性； 4、調(diào)節(jié)非神經(jīng)細(xì)胞的生理功能；5、參與神經(jīng)損傷的修復(fù)。 阿爾茨海默?。ˋD） 是神經(jīng)可塑性障礙導(dǎo)致突觸連接消失和神經(jīng)病理學(xué)改變所致，近年研究表明, BDNF 不僅能促進(jìn)發(fā)育期神經(jīng)元生存、生長(zhǎng)、分化, 還在成年期中樞神經(jīng)系統(tǒng)多個(gè)腦區(qū)調(diào)節(jié)突觸傳遞和突觸可塑性, 促進(jìn)乙酰膽堿釋放，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)重塑并改善記憶恢復(fù)受損的認(rèn)知功能。帕金森病( PD) 是以黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元選擇性進(jìn)行性丟失為病理特征的神經(jīng)變性疾病, 其發(fā)生與黑質(zhì)-紋狀體中多巴胺含量減少有關(guān)，已經(jīng)證實(shí), BDNF可以促進(jìn)體外培養(yǎng)的中腦多巴胺能神經(jīng)元的生存和分化。研究表明，電針刺激可明顯改善PD大鼠的旋轉(zhuǎn)行為,增加黑質(zhì)BDNF和TrKB的含量, 說(shuō)明電針治療PD 是通過(guò)增加黑質(zhì)中BDNF和TrKB 的含量, 進(jìn)而發(fā)揮保護(hù)多巴胺能神經(jīng)元的作用?？芍狟DNF已成為治療AD和PD的新靶標(biāo)。 BDNF 的生理作用的發(fā)揮是通過(guò)與其相應(yīng)的受體trkB結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的，TrkB 是trk 家族中的一員，具有酪氨酸的激酶活性，是BDNF 的主要受體，廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，trkB 在腦內(nèi)分布基本上與BDNFmRNA 相似。在細(xì)胞表面，BDNF 與其膜受體trkB 結(jié)合后，促進(jìn)了trkB 同源二聚體的形成，進(jìn)而激活了trkB 酪氨酸激酶，誘導(dǎo)受體蛋白質(zhì)磷酸化?；罨膖rkB 再通過(guò)細(xì)胞質(zhì)途徑依次激活多種蛋白質(zhì)和酶，使信號(hào)從胞質(zhì)傳入核內(nèi)，最后導(dǎo)致基因表達(dá)模式的改變，包括蛋白質(zhì)、DNA、RNA 等大分子物質(zhì)的合成。 β-catenin 又稱連環(huán)蛋白。Catenin (cats) 是一組有相似結(jié)構(gòu)的胞內(nèi)糖蛋白家族。屬一種細(xì)胞黏附因子,其與一種名為E - 鈣粘蛋白( E - cadherin ) 的跨膜糖蛋白形成復(fù)合體,共同擔(dān)負(fù)維持上皮細(xì)胞極性,粘附性等重要功能。另一方面，β-catenin可進(jìn)入核內(nèi)與TCF/LEF轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄，起將信號(hào)由胞內(nèi)傳遞到核內(nèi)的作用，與胚胎發(fā)育有密切關(guān)系，那么BDNF是否也通過(guò)β-catenin對(duì)發(fā)育起調(diào)控作用，尚未可知。 BDNF在胚胎脊髓的發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用，但其作用機(jī)制尚不清楚，對(duì)發(fā)育時(shí)期的胚胎脊髓神經(jīng)細(xì)胞有什么樣的影響，未見(jiàn)明確報(bào)道。鑒于此，本研究擬通過(guò)對(duì)體外培養(yǎng)的大鼠胚胎脊髓細(xì)胞中BDNF水平的上調(diào)或下調(diào)，顯微鏡下進(jìn)行細(xì)胞計(jì)數(shù)并應(yīng)用MTT法做細(xì)胞活力檢驗(yàn)，觀察發(fā)育過(guò)程中神經(jīng)細(xì)胞的生長(zhǎng)狀態(tài)和活力變化情況，確定BDNF對(duì)大鼠胚胎脊髓發(fā)育的作用，同時(shí)觀察BDNF受體TrkB及其下游信號(hào)分子β-catenin的表達(dá)變化，探討B(tài)DNF對(duì)脊髓發(fā)育的作用機(jī)制。為胚胎脊髓發(fā)育機(jī)制、缺陷機(jī)制及脊髓損傷后的治療、修復(fù)提供理論依據(jù)。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：探討大鼠胚胎脊髓神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中BDNF的作用及其相關(guān)機(jī)制。 基本思路：本實(shí)驗(yàn)擬通過(guò)體外培養(yǎng)大鼠胚胎脊髓神經(jīng)細(xì)胞，從正向（給予BDNF蛋白）和反向（BDNF抗體封閉）兩方面予以干預(yù)后，觀察神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)和活力變化，并通過(guò)免疫組織化學(xué)技術(shù)檢測(cè)BDNF下游信號(hào)分子TrkB和β-catenin的變化情況，初步探討B(tài)DNF對(duì)大鼠胚胎脊髓發(fā)育的作用機(jī)制。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子是神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族的重要成員，廣泛分布于各腦區(qū)和脊髓中神經(jīng)元胞體及突起中，在胚胎脊髓的發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，但其對(duì)發(fā)育過(guò)程中的神經(jīng)細(xì)胞有什么樣的作用，其機(jī)制如何？尚不清楚。該項(xiàng)目從正反兩方面通過(guò)上調(diào)和下調(diào)神經(jīng)細(xì)胞中BDNF的表達(dá)，觀察神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量及活力的變化，并檢測(cè)BDNF的下游相關(guān)信號(hào)的變化情況，闡明其對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的作用機(jī)制。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 為臨床預(yù)防治療新生兒中神經(jīng)管畸形發(fā)育所致的神經(jīng)系統(tǒng)先天發(fā)育障礙及死亡的發(fā)生提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。并為脊髓損傷、阿爾茨海默病和帕金森病的預(yù)防和治療提供理論依據(jù)和參考。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 摘要：目的 研究腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子對(duì)大鼠胚胎脊髓神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)的影響。方法 體外培養(yǎng)大鼠脊髓神經(jīng)細(xì)胞，分為正常對(duì)照組，BDNF蛋白組 (A組)，BDNF抗體封閉組 (B組)，顯微鏡下對(duì)各組細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)并以MTT法檢測(cè)細(xì)胞活力，免疫組織化學(xué)檢測(cè)BDNF下游信號(hào)TrkB及β-catenin的表達(dá)情況。結(jié)果 1. 與對(duì)照組相比，A組TrkB及β-catenin免疫陽(yáng)性物表達(dá)無(wú)明顯變化，而B組的陽(yáng)性產(chǎn)物少于對(duì)照組，且神經(jīng)元突起比對(duì)照組要短；2. 各組神經(jīng)元數(shù)目比較依次是A組多于對(duì)照組(P<0.05)，對(duì)照組多于B組(P<0.05)；3. MTT活力檢測(cè)顯示A組OD值高于對(duì)照組(P<0.05)，B組低于對(duì)照組(P<0.05)。結(jié)論 BDNF可通過(guò)TrkB和β-catenin通路促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的存活、生長(zhǎng)和軸突延伸。 關(guān)鍵詞：腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子, 脊髓, 神經(jīng)細(xì)胞, 抗體封閉
獲獎(jiǎng)情況
- 該作品榮獲“青春彩云南?動(dòng)感地帶杯”第六屆云南高校青年學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽三等獎(jiǎng)
鑒定結(jié)果
- 國(guó)內(nèi)領(lǐng)先
參考文獻(xiàn)
- 1. Barde YA, Edger D, Thoenen H. Purification of a new neurotrophic factor from mammalian brain[J]. EMBOJ, 1982, 1(5): 549-553. 2. Numan S, Gall CM, Seroogy KB. Developmental expression of neurotrophins and their receptors in postnatal rat ventral midbrain[J]. J Mol Neurosci. 2005, 27(2): 245-260. 3. Zhang HT, Li LY, Zou XL, et al. Immunohistochemical distribution of NGF, BDNF, NT-3, and NT-4 in adult rhesus monkey brains[J]. J Histochem Cytochem, 2007, 55(1): 1-19. 4. Calabrese, F., Molteni, R., Racagni, G., & Riva, M. A.. Neuronal plasticity: A link between stress and mood disorders[J]. Psychoneuroendocrinology. 2009, 34(1), S208?S216. 5. Henderson CE. Role of neurotrophic factors in neuronal development[J]. Curr Opin Neuro,1996, 6(1): 64-70.
同類課題研究水平概述
- 腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程的表達(dá)具有時(shí)空特異性，與神經(jīng)元的生長(zhǎng)、發(fā)育、分化、成熟有密切的關(guān)系。BDNF廣泛分布于各腦區(qū)和脊髓中神經(jīng)細(xì)胞胞體及突起中。在雞胚脊髓發(fā)育的7-14天，BDNF從灰質(zhì)腹角擴(kuò)展到整個(gè)背角。BDNF也參與了大鼠胚胎期、生后及成年的整個(gè)發(fā)育過(guò)程，在成年猴腦和脊髓中也有表達(dá)。Josephson A的研究顯示E9w人胚脊髓有BDNF和TrkB 的表達(dá)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中BDNF主要作用于基底前腦膽堿能神經(jīng)元，本體感覺(jué)三叉神經(jīng)元，黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元，前腦γ-氨基丁酸能神經(jīng)元，視網(wǎng)膜節(jié)細(xì)胞，面神經(jīng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元和脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元等。其生物學(xué)意義在于：1、維持感覺(jué)神經(jīng)元、基底前腦膽堿能神經(jīng)元及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的存活；2、促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的分化；3、參與神經(jīng)損傷的修復(fù)。 BDNF是神經(jīng)可塑性的分子標(biāo)記物，近來(lái)的研究表明，慢性長(zhǎng)期應(yīng)激導(dǎo)致BDNF 表達(dá)下調(diào)，其可能進(jìn)一步對(duì)神經(jīng)可塑性造成不利影響。阿爾茨海默?。ˋD）是神經(jīng)可塑性障礙導(dǎo)致突觸連接消失和神經(jīng)病理學(xué)改變所致，而BDNF可在成年期中樞神經(jīng)系統(tǒng)多個(gè)腦區(qū)調(diào)節(jié)突觸傳遞和突觸可塑性, 促進(jìn)乙酰膽堿釋放，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)重塑并改善記憶恢復(fù)受損的認(rèn)知功能。帕金森?。≒D）是以黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元選擇性進(jìn)行性丟失為病理特征的神經(jīng)變性疾病, 其發(fā)生與黑質(zhì)-紋狀體中多巴胺含量減少有關(guān)，BDNF可以促進(jìn)體外培養(yǎng)的中腦多巴胺能神經(jīng)元的生存和分化。研究表明，電針刺激可明顯改善PD大鼠的旋轉(zhuǎn)行為,增加黑質(zhì)BDNF和TrKB的含量, 說(shuō)明電針治療PD 是通過(guò)增加黑質(zhì)中BDNF和TrKB 的含量, 進(jìn)而發(fā)揮保護(hù)多巴胺能神經(jīng)元的作用。 BDNF 的生理作用的發(fā)揮是通過(guò)與其相應(yīng)的受體trkB結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的，TrkB具有酪氨酸的激酶活性，廣泛存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。在細(xì)胞表面，BDNF 與其膜受體trkB 結(jié)合后激活trkB 酪氨酸激酶，誘導(dǎo)受體蛋白質(zhì)磷酸化。活化的trkB 再通過(guò)細(xì)胞質(zhì)途徑依次激活多種蛋白質(zhì)和酶，使信號(hào)從胞質(zhì)傳入核內(nèi)，最后導(dǎo)致基因表達(dá)模式的改變。BDNF可通過(guò)磷酸化使GSK-3β失活，導(dǎo)致胞漿中β-catenin積聚并進(jìn)入核內(nèi), β-catenin在核內(nèi)與轉(zhuǎn)錄因子LEF/TCF協(xié)作啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄調(diào)控。本課題研究將為胚胎脊髓發(fā)育機(jī)制、缺陷機(jī)制及脊髓損傷后的治療、修復(fù)提供理論依據(jù)。
