Vap33-Eph-Vav信號(hào)軸通過精確調(diào)控Cdc42激活時(shí)序協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元樹突發(fā)生

《Nature Communications》：The Vap33 signaling axis precisely coordinates the timing of motoneuron dendritogenesis in neural map development

【字體： 大 中 小 】 時(shí)間：2025年12月05日 來源：Nature Communications 15.7

　　

在大腦發(fā)育過程中，神經(jīng)元通過精確的軸突和樹突模式形成特定的神經(jīng)連接圖譜，這一過程的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)功能異常。盡管人們對(duì)引導(dǎo)樹突定向生長(zhǎng)的分子機(jī)制已有較多認(rèn)識(shí)，但調(diào)控樹突發(fā)生起始時(shí)間的關(guān)鍵機(jī)制仍不清楚。果蠅運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元為研究這一過程提供了理想模型，其樹突在胚胎發(fā)育過程中以高度同步的方式在特定時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)，暗示存在精確的時(shí)序調(diào)控機(jī)制。

此前研究發(fā)現(xiàn)，肌動(dòng)蛋白調(diào)節(jié)因子Cdc42 GTPase在這一過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但其上游激活機(jī)制尚未闡明。發(fā)表在《Nature Communications》的這項(xiàng)研究，通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)分析，揭示了一條由Vap33-Eph-Vav組成的信號(hào)軸，它通過精確控制Cdc42的激活時(shí)間，協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元樹突發(fā)生的啟動(dòng)。

研究人員主要運(yùn)用了單細(xì)胞遺傳學(xué)分析、FRET-based活體成像技術(shù)、免疫共沉淀等生物化學(xué)方法、免疫組織化學(xué)染色、以及行為學(xué)分析等關(guān)鍵技術(shù)方法。其中，單細(xì)胞RNA測(cè)序數(shù)據(jù)來自NCBI GEO數(shù)據(jù)庫(kù)（編號(hào)GSE202987），果蠅遺傳操作使用了多種GAL4/UAS系統(tǒng)組合。

研究結(jié)果

The Rho Family GEF Vav Has a Cell-Autonomous Function in aCC Dendritogenesis

通過RNAi篩選18個(gè)Cdc42 GEFs，發(fā)現(xiàn)Vav對(duì)樹突絲狀偽足形成至關(guān)重要。Vav突變體中樹突絲狀偽足數(shù)量顯著減少，且這一表型可通過在aCC運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中特異性回補(bǔ)Vav得到挽救，表明Vav以細(xì)胞自主方式發(fā)揮作用。

Cdc42 GTPase is activated by Vav in the aCC Motoneuron

使用FRET-based的Cdc42活性探針（aProbe）發(fā)現(xiàn)，在野生型胚胎中，Cdc42在13:00 AEL（產(chǎn)卵后小時(shí)）在軸突近端被特異性激活，與樹突絲狀偽足出現(xiàn)時(shí)間一致。而在Vav突變體中，該區(qū)域的Cdc42激活顯著降低，證明Vav是調(diào)控Cdc42激活的關(guān)鍵GEF。

The Eph receptor activates Cdc42 and plays a cell-autonomous role in Dendritogenesis

Eph受體酪氨酸激酶被鑒定為Vav的上游調(diào)控因子。Eph突變體不僅表現(xiàn)出與Vav突變體相似的樹突缺失表型，其Cdc42激活也顯著受損。遺傳挽救實(shí)驗(yàn)證實(shí)Eph在aCC運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元中自主調(diào)控樹突發(fā)生。

Vav SH2 domain and Eph tyrosine residues essential for dendritic outgrowth

生化實(shí)驗(yàn)證明Vav的SH2結(jié)構(gòu)域與Eph受體近膜區(qū)的磷酸化酪氨酸殘基直接相互作用。缺失Vav的SH2結(jié)構(gòu)域或突變Eph的酪氨酸磷酸化位點(diǎn)均會(huì)破壞兩者相互作用，且無法挽救各自的突變表型，表明磷酸化依賴的相互作用對(duì)信號(hào)通路功能至關(guān)重要。

Membrane localization of Vav is essential for dendritic filopodia outgrowth

構(gòu)建膜錨定形式的Vav（myr-Vav^DH-PH）可在Eph突變體中挽救樹突表型，而胞質(zhì)定位的野生型Vav或無催化活性的膜錨定Vav（myr-Vav^DH[AA]-PH）則無此功能，證明Vav的膜定位及其GEF活性對(duì)其功能不可或缺。

Vap33 cooperates with Eph to activate Cdc42 during aCC Dendritogenesis

Vap33被鑒定為Eph的潛在配體。Vap33突變體表現(xiàn)出樹突絲狀偽足減少和Cdc42激活受損，而Ephrin突變體無此表型。免疫共沉淀證實(shí)Vap33與Eph的配體結(jié)合域直接相互作用，遺傳互作實(shí)驗(yàn)顯示Vap33和Eph在樹突發(fā)生中協(xié)同作用。

aCC dendritic Filopodia outgrowth requires the non-cell-autonomous role of Vap33

單細(xì)胞RNA測(cè)序和免疫染色顯示Vap33在多種神經(jīng)元中表達(dá)。關(guān)鍵的是，在aCC以外的神經(jīng)元中表達(dá)Vap33可挽救Vap33突變體的表型，而在aCC自身中表達(dá)則不能，證明Vap33以非細(xì)胞自主方式發(fā)揮作用。

Vap33 is a temporal regulator for dendritic filopodia formation in motoneurons

在樹突發(fā)生起始時(shí)間（13:00 AEL）之前，細(xì)胞外Vap33水平極低，之后顯著升高。分泌缺陷型突變體Vap33^P58S（對(duì)應(yīng)人類ALS8相關(guān)突變VAPB^P56S）無法挽救突變表型。此外，Vap33突變影響多種運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的樹突發(fā)生，表明其調(diào)控具有普遍性。

研究結(jié)論與意義

該研究揭示了一條新穎的Vap33-Eph-Vav-Cdc42信號(hào)軸，它通過精確控制Cdc42的激活時(shí)間，協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元樹突發(fā)生的啟動(dòng)。在發(fā)育時(shí)間點(diǎn)上，Vap33從周圍神經(jīng)元分泌至細(xì)胞外空間，可能作為配體激活aCC運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元上的Eph受體。Eph自磷酸化后，為Vav的SH2結(jié)構(gòu)域提供膜錨定位點(diǎn)，促使Vav激活Cdc42，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)肌動(dòng)蛋白聚合和樹突絲狀偽足形成。

該研究的創(chuàng)新性在于發(fā)現(xiàn)了Vap33作為時(shí)序調(diào)控分子的新功能，以及Eph-Vav在果蠅中特異性調(diào)控Cdc42（而非Rac1）的機(jī)制。更重要的是，Vap33的人類同源蛋白VAPB與肌萎縮側(cè)索硬化癥8型（ALS8）密切相關(guān)，其突變體VAPB^P56S不僅形成蛋白聚集體，還影響其正常分泌和功能。本研究提示VAPB信號(hào)可能在運(yùn)動(dòng)環(huán)路形成中發(fā)揮重要作用，其失調(diào)可能通過影響發(fā)育時(shí)期的樹突模式建立，為ALS的發(fā)病機(jī)制提供了新的發(fā)育視角。此外，Cdc42激活的空間特異性可能由Eph受體在軸突近端的局部富集所決定，這為理解神經(jīng)元極性提供了新線索。