近日，美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）刊發(fā)了中山大學(xué)中山眼科中心教授向孟清團(tuán)隊(duì)最新成果。他們研究揭示了哺乳動(dòng)物叉頭框蛋白N3（Foxn3）是視網(wǎng)膜纖毛發(fā)生關(guān)鍵的抑制轉(zhuǎn)錄因子。視網(wǎng)膜特異性敲除Foxn3會(huì)導(dǎo)致非感光細(xì)胞中纖毛基因的異位表達(dá)及纖毛發(fā)生異常，進(jìn)而引發(fā)視覺(jué)功能障礙，為視網(wǎng)膜纖毛病的治療提供了潛在干預(yù)新靶點(diǎn)。
Foxn3調(diào)控視網(wǎng)膜纖毛生成的作用機(jī)制模型。研究團(tuán)隊(duì)供圖
視網(wǎng)膜作為高度特化的感覺(jué)神經(jīng)組織，由多種細(xì)胞構(gòu)成，在視覺(jué)功能中各司其職。其中，視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞作為光感受器，擁有對(duì)光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)至關(guān)重要的大型復(fù)雜感覺(jué)纖毛；非感光神經(jīng)元?jiǎng)t僅具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的初級(jí)纖毛。纖毛相關(guān)基因突變會(huì)引發(fā)視網(wǎng)膜色素變性、感光細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)不良等多種視網(wǎng)膜疾病。不過(guò)，當(dāng)前多數(shù)研究聚焦于感光細(xì)胞纖毛發(fā)生的調(diào)控，對(duì)非感光細(xì)胞的研究相對(duì)較少。
研究伊始，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了視網(wǎng)膜特異性Foxn3條件性敲除（Foxn3CKO）小鼠模型，并系統(tǒng)分析了該小鼠發(fā)育不同階段視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)、視神經(jīng)和視覺(jué)功能的變化。結(jié)果顯示，F(xiàn)oxn3CKO視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和視神經(jīng)并無(wú)改變，視網(wǎng)膜電圖視功能檢測(cè)發(fā)現(xiàn)暗適應(yīng)下的b波和振蕩電位有明顯變化，暗適應(yīng)下的a波和明適應(yīng)下的檢測(cè)則無(wú)顯著差異。進(jìn)一步探究視網(wǎng)膜細(xì)胞命運(yùn)的特化和分化，發(fā)現(xiàn)也無(wú)變化，這表明Foxn3不參與小鼠視網(wǎng)膜細(xì)胞命運(yùn)的決定，而是參與其他視網(wǎng)膜光傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的調(diào)控。
為深入解析Foxn3在視網(wǎng)膜中的功能，團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助下，對(duì)Foxn3CKO和對(duì)照小鼠視網(wǎng)膜進(jìn)行了scRNA-seq分析。結(jié)果顯示，F(xiàn)oxn3CKO視網(wǎng)膜中非感光神經(jīng)元異常激活了大量纖毛相關(guān)基因。這些本應(yīng)在感光細(xì)胞中表達(dá)的纖毛基因，在雙極細(xì)胞和無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞中顯著上調(diào)，如同給信號(hào)傳導(dǎo)神經(jīng)元錯(cuò)誤裝配了感光細(xì)胞特有的“信號(hào)接收器”，可能導(dǎo)致視覺(jué)信號(hào)傳導(dǎo)異常。
進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)oxn3敲除使視網(wǎng)膜雙極細(xì)胞和無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞中Armc2、Dnah5等纖毛基因表達(dá)顯著上調(diào)2-100倍。此外，F(xiàn)oxn3CKO視網(wǎng)膜內(nèi)核層出現(xiàn)大量異位纖毛，雙極細(xì)胞纖毛數(shù)量增加77倍，無(wú)長(zhǎng)突細(xì)胞纖毛數(shù)量翻倍。這些異常纖毛與細(xì)胞標(biāo)志物共定位，證實(shí)Foxn3缺失不僅引發(fā)纖毛基因異常表達(dá)，還導(dǎo)致非感光神經(jīng)元出現(xiàn)病理性纖毛生成。
為揭示Foxn3調(diào)控視網(wǎng)膜纖毛發(fā)生的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用ChIP、CUT&Tag和熒光素酶實(shí)驗(yàn)等手段證實(shí)：Foxn3作為纖毛基因的轉(zhuǎn)錄抑制因子，維持視網(wǎng)膜細(xì)胞纖毛分化的二元格局。Rfx家族轉(zhuǎn)錄激活因子（尤其是Rfx3和Rfx7）促進(jìn)感光細(xì)胞感覺(jué)纖毛的形成，而Foxn3在出生后及成年視網(wǎng)膜中特異表達(dá)于非感光神經(jīng)元，通過(guò)雙重機(jī)制抑制纖毛發(fā)生：既直接抑制纖毛基因表達(dá)，又通過(guò)抑制Rfx基因和Foxj1間接阻斷纖毛形成通路。
Foxn3與Rfx轉(zhuǎn)錄因子還可能通過(guò)自調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，精確平衡纖毛基因表達(dá)水平，確保感光細(xì)胞形成復(fù)雜的感覺(jué)纖毛，同時(shí)阻止非感光神經(jīng)元產(chǎn)生異常纖毛結(jié)構(gòu)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2500871122
本文鏈接：新研究揭示Foxn3對(duì)視網(wǎng)膜纖毛關(guān)鍵作用http://m.sq15.cn/show-11-24244-0.html
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