ath5等位基因在斑马鱼神经前体细胞不对称分裂过程中的转录激活状态(3)
视网膜神经前体细胞不对称分裂
神经干细胞(NSCs, Neural Stem Cells)具有自我更新和分化的潜能，既可以通过对称分裂以扩充干细胞库，也可通过转变为神经前体细胞(NPCs, Neural Progenitor Cells)进行不对称分裂以形成神经元、胶质细胞等，进而形成整个具有功能的神经系统。因此，研究神经前体细胞不对称分裂的调控与细胞命运决定的相互关系一直是干细胞研究领域的重要内容。神经前体细胞不对称分裂一般要经历4个步骤[4]：在细胞中建立一个极性轴；沿此轴定向并形成纺锤体；细胞命运决定因子沿极性轴作极性分布；细胞分裂后，不同的细胞命运决定因子指导决定细胞的不同命运。本课题中主要涉及与视网膜发育紧密相关的神经前体细胞，又称为视网膜前体细胞（RPCs, Retinal Progenitor Cells）。在视网膜发育过程中形成不同细胞类型时，常常是一个RPC进行不对称分裂，形成一个RPC及一个分化的神经元或Müller胶质细胞。
视网膜发育过程中最先发生的是RGCs，往后依次是HCs、cone photoreceptors、ACs、rod photoreceptors、BCs和Müller胶质细胞[5]。尽管在不同脊椎动物中，视网膜中不同类型的神经元产生的具体顺序可能会有些许差异，并且不同种类的细胞在发生时间上也可能存在大量重叠[2]，但RGCs视网膜神经节细胞在脊椎动物视网膜中往往是第一种分化的神经元[6]。具体来看，斑马鱼胚胎发育至受精后约24-25 h时，此时视网膜前体细胞RPCs开始进行不对称分裂，分化形成第一种类群的视网膜神经元。谱系追踪（Lineage tracing）研究发现，此时分化的神经元一般为RGCs细胞类型，极少数情况下会混有ACs。之后随着时间推移，当视网膜发育至35 h，此时大部分的RGCs已经产生，同时出现一些ACs[7]。RGCs作为RPCs最初进行不对称分裂产生的第一种分化的神经元类型，其命运决定是如何与RPCs不对称分裂相关联，而RPCs进行起始的不对称分裂又是如何被调控的，这些问题的探究都具有重要意义。
ath5对调控RGCs细胞命运很重要（必要条件）
斑马鱼胚胎发育至24-25h左右，此时视网膜前体细胞RPCs开始进行不对称分裂，分化形成第一种类群的视网膜神经元。通常情况下，此时的一个RPC进行不对称分裂形成一个RPC和一个分化的RGC。谱系追踪研究发现，此时RPCs进行不对称分裂、分化形成的神经元一般为RGCs细胞类型，极少数情况下会混有ACs。而此时这些新产生的RGCs和ACs伴随着ath5基因(又名atoh7)的转录活动的出现。
ath5转录因子[8]属于bHLH蛋白家族（basic helix-loop-helix），是一种在视网膜神经发育中非常重要的分化因子，对调控RGCs的分化尤为重要。bHLH蛋白家族[9-11]由proneural基因编码，这些重要的转录因子只在神经发生早期非常短暂地表达，启动并调控大脑发育和神经发生（神经前体细胞生成功能性神经元）。这个家族的结构特点是具有DNA结合域和helix-loop-helix二聚体结构域。脊椎动物proneural基因可分为两大类，ash基因亚群和 ath基因亚群。ash基因(ash1, ash2和ash3)与果蝇AS-C复合体基因同源，ath基因则与果蝇proneural基因atonal同源。ath基因包括ath、ngn和 neuroD基因亚家族。 在视网膜发育过程中，ash1、ath3、ath5、ngn2和neuroD被干细胞表达，与不同类型神经元的发生紧密关联。来自脊椎动物各种模型如斑马鱼、小鼠、爪蟾和鸡等的相关研究表明，RGCs 发生需要ath5基因表达, amacrine细胞和photoreceptors需要 neuroD基因表达, bipolar 细胞需要ash1及ath3表达，photoreceptor 和bipolar细胞需要ngn基因表达。
尽管视网膜细胞命运决定受多种转录因子调控，目前研究得较多有bHLH基因家族和HD (homeodomain)基因家族中的多种基因[12]，并且不同转录因子间的相互作用非常复杂，但研究显示ath5（即atoh7）在视网膜细胞的命运决定过程中依然起到了核心调控作用[13]，尤其对于RGCs命运决定有着重大影响[14-15]。有研究表明斑马鱼中的lak突变体RGCs完全缺失，同时ACs、BCs和Müller胶质细胞的产生会增多，而lak基因正是通过编码ath5蛋白发挥作用的[16]。对于ath5这一关键的转录因子，目前较为明确的是其在RGCs形成过程中的必要性。从RGCs角度来看，尽管RGCs的命运决定与多种基因的调控相关，但ath5却是其形成的必要条件。Math5基因突变的小鼠会出现RGCs和视神经缺失的现象[17]，而斑马鱼中ath5功能的缺失会导致RGCs的完全缺失。另一方面，从ath5基因角度来看，在视网膜正常发育过程中，研究发现ath5+的RPCs的后代包括RGCs、ACs、HCs、PRs和极少量的BCs，说明ath5与构成视网膜的多种细胞的发生密切相关。但ath5在不同细胞类群命运分化中所处的地位却是不同的，正如进行谱系追踪时，RPCs最初产生的RGCs和ACs同样具有ath5转录活动，斑马鱼中ath5功能的缺失会导致RGCs的完全缺失，却不能造成ACs的减少。目前对于ath5+的RPCs具体是怎么产生RGCs、ACs、HCs、PRs和极少量的BCs多种类型的神经元，以及这些神经元之间是否存在某些特殊的联系均未得到解答。鉴于ath5在视网膜发育过程中如此重要的作用，尤其对于RGCs形成的必要性，因此本课题中选取ath5作为感兴趣的目的基因。