在哺乳动物的中枢神经系统发育过程中,神经干细胞生成所有的神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。大脑皮层最终呈现的六层结构依赖于神经前体细胞的自我更新,神经元的生成,以及神经元的正确迁移等。发育过程出现异常则可能导致小颅畸形等疾病。Pen-2是γ分泌酶的结构亚基,对催化亚基PS的功能至关重要。γ分泌酶会切割Notch在内的许多一型跨膜蛋白。Notch信号通路是进化中一条保守的信号通路,当配体和受体结合时,金属蛋白酶在Notch胞外段进行切割,接着γ分泌酶切割产生胞内结构域NICD。NICD入核激活下游靶基因如Hes1、Hes5的转录,从而抑制促神经基因如Mash1、Ngn2的表达,使细胞维持干性。Pen-2全敲的小鼠胚胎致死,Notch信号通路受损,表型与Notch全敲小鼠类似。此外,在报道有小颅畸形的人类疾病19q13微缺失综合征中,也含有Pen-2基因的缺失。以上均提示Pen-2在大脑皮层发育中具有重要作用。由于Pen-2全敲的胚胎致死,因此我们选择E10.5左右开始表达的Emx1-cre来进行Pen-2的条件特异性敲除。Pen-2条件性敲除小鼠相比于对照小鼠皮层明显变薄,不具有典型的六层结构,提示我们Pen-2的缺失会导致大脑皮层发育的严重缺陷。神经前体细胞主要包含Pax6阳性的放射状胶质前体细胞,简称RGP细胞;和Tbr2阳性的中间前体细胞,简称IP细胞。这两种前体细胞都可以通过增殖来自我更新,并且RGP可以通过不对称分裂产生IP。我们猜想,神经前体细胞的异常导致了Pen-2条件性敲除小鼠大脑皮层发育的异常。免疫荧光染色显示,RGP从E13.5开始减少,到E14.5减少更加明显。而IP则呈现出不同的模式:E12.5时略有增多,E13.5时明显增多,而到E14.5时明显减少。为了探究神经前体细胞数量发生变化的原因,我们首先利用Brd U标记处于S期的细胞的方法,检查了E12.5时RGP的增殖情况。我们发现无论是处于增殖状态的RGP的数量,还是RGP中正在增殖的比例,在对照组和敲除组中都没有显著性差异,提示此时RGP的增殖情况正常。虽然此时处于增殖状态的IP数量增多,但是敲除组中IP中正在增殖的比例却没有显著性差异,提示此时IP的增殖情况也基本正常。此外,我们排除了细胞凋亡的影响。基于上述结果,我们得出结论,Pen-2缺失会导致神经前体细胞数量的动态变化,但此变化不来源于神经前体细胞增殖能力的变化或者异常的凋亡。Sox2和Tbr2共标的结果表明,在Pen-2条件性敲除小鼠中,有更多的RGP在向IP转化,且有更多的神经前体细胞进行了不对称分裂。因此,Pen-2条件性敲除小鼠中,RGP过多地产生IP,可能是造成神经前体细胞数量变化的原因。用Emx1-cre特异地敲除γ分泌酶的底物招募亚基NCT,同样出现分层结构混乱,E13.5时RGP细胞减少,IP细胞增多的现象,且γ分泌酶的活性及其下游的转录因子Hes1、Ngn2、Neuro D1均有显著性变化,提示该表型是γ分泌酶依赖的。我们利用m Tm G工具鼠及流式分选,在纯化出的Pen-2敲除细胞中,再次证实了γ分泌酶的活性下降,Notch-Hes信号通路因此下调。人为在敲除鼠中特异性引入NICD,可以发现对皮层形态所改善,对E13.5的RGP和IP数量均有明显拯救效果,在分子水平上,对Hes1、Dll1、Ngn2、Neuro D1均有拯救效果。因此,Pen-2是通过γ分泌酶/Notch信号通路调控了RGP细胞向IP细胞转化的过程。此外,NICD的引入并不会恢复Pen-2敲除鼠中神经元迁移的异常。本文揭示了Pen-2/γ分泌酶-Notch信号对皮层发育过程中RGP细胞向IP细胞转化的调控作用。