大脑皮层是高度有序的认知功能,感官知觉和意识的控制中心。哺乳动物的大脑皮层是一个结构精确的六层组织,包含多种类型神经元和胶质细胞。皮层中主要有两大类神经元:谷氨能投射神经元和GABA能中间神经元。大脑皮层这种分层的结构是在神经发生过程中,不同层的神经元以一种内部的先产生,外面的最后产生的方式产生,并且有序迁移至特定位置。神经发生的过程是一个高度调控的过程,需要许多细胞过程的整合。任何时间或是位置的错误都会导致大脑发育异常。无脑回畸形和小头畸形是两类研究的比较透彻的人类神经发育障碍疾病,其都表现为大脑皮层减小,智力低下和生长迟缓。肯定有远比我们目前所知道多的基因参与调控大脑发育,因此这些疾病的原因非常复杂。之前的研究结果表明γ分泌酶的亚基、PS1/2和NCT是成熟神经元存活必须的。此外,分别全身敲除PS1/2、NCT、Pen2、Aph1a都表现出许多缺陷,包括无法形成正确的心脏循环,鳃弓发育异常,缺失脑间质细胞和腹侧神经管结构混乱。这些表型与缺失Notch信号通路的表型相似。在斑马鱼中,敲降Pen2后会导致神经元数目明显减少。另外,在神经前体细胞中敲除PS1/2导致神经前体细胞增殖减少,而提前分化成神经元,最终导致大脑发育异常。这些结果都表明γ分泌酶是正常神经发育必须的。然后,缺失PS1/2、NCT、PEN2、Aph1a、Notch、Hes1、Hes5的表型相似,却又彼此不相同,说明这些亚基除了作为γ分泌酶的亚基外,还具有其他功能。尤其是,PS1/2既有依赖γ分泌酶的功能,还有不依赖γ分泌酶的功能,包括调控β-catenin信号通路和控制内质网中钙的释放。因此,需要对每个亚基在神经发生种的功能分别进行研究。在我们的研究中,我们特异地在神经前体细胞敲除Pen2。我们发现Pen2是正确大脑发育必须的。缺失Pen2后,导致神经前体细胞提前出细胞周期,自我增殖减少,而分化为神经元。最终使得神经前体细胞耗竭,大脑发育异常。并且,最初是放射状胶质细胞（RGC）增殖减少,通过非对称分裂产生过多的神经元和基底前体细胞（BP）。这些基底前体细胞再通过对称分裂产生大量的神经元。这说明在缺失Pen2后,RGC通过两种方式产生了过多的神经元:一是直接通过RGC非对称分裂产生,二是通过产生位于下脑室的BP,BP再产生神经元的间接方式。我们利用Nestin-cre在神经发生稍晚的时期,在神经前体细胞中特异敲除Pen2,同样导致大脑皮层发育异常。Notch是γ分泌酶的主要作用底物之一。前人的研究已证实Notch信号通路对于维持神经前体细胞数目,大脑正确发育非常重要。我们发现敲除Pen2后,导致Notch信号通路的减弱,前神经基因的表达明显上调,导致神经前体细胞在增殖和分化间的平衡打乱,而向着分化进行。在神经发生早期,特异地在神经前体细胞敲除NCT,也导致大脑发育异常。缺失NCT后,同样导致神经前体细胞自我增殖减少,而提前分化为神经元,最终使得神经前体细胞耗竭,大脑发育异常。在神经发生稍晚的时间,在神经前体细胞中特异敲除NCT,得到与敲除Pen2相似的结果,大脑发育都异常。我们检测到Hes1和Hes5的表达都明显下调,D111的表达明显上调说明Notch信号通路下调。Notch信号通路下调导致前神经基因的表达上调,起动神经发生的开始。这些结果说明Pen2和NCT对于大脑发育的重要作用都是通过Notch信号通路,很大可能是通过γ分泌酶依赖的功能。这也就预示着γ分泌酶对大脑发育的全过程都是至关重要的。