转录因子ZFP64通过调控Sema3A表达促进小脑发育中活动依赖性突触修剪

本研究揭示了转录因子ZFP64在小脑浦肯野细胞(PCs)突触修剪中的关键作用。研究人员通过基因敲除和电生理技术，发现ZFP64通过下调Sema3A表达，促进P/Q型电压依赖性Ca2+ 通道(P/Q-VDCC)下游的攀爬纤维(CF)突触消除，为神经环路发育机制提供了新见解。

　　

在神经发育过程中，突触修剪是塑造功能性神经环路的关键步骤。小脑浦肯野细胞(PCs)的攀爬纤维(CF)突触消除是研究这一过程的经典模型。出生后早期，每个PC接受多个CF输入，但最终仅保留一个优势CF，其余"失败者"CF被修剪。这一过程分为早期(出生后7-11天)和晚期(12-17天)两个阶段，涉及P/Q型电压依赖性Ca²⁺
通道(P/Q-VDCC)和代谢型谷氨酸受体1(mGluR1)两条信号通路。然而，这一过程中基因表达的调控机制尚不清楚。东京大学等机构的研究人员发现转录因子ZFP64在CF突触修剪中发挥重要作用，相关成果发表在《iScience》上。

研究采用了多种关键技术方法：通过荧光原位杂交确定ZFP64在小脑中的表达模式；利用慢病毒载体介导的基因敲除技术实现PC特异性ZFP64敲除；采用全细胞膜片钳记录分析CF和PF突触传递特性；通过免疫荧光和电子显微镜观察突触形态变化；运用RNA测序技术鉴定ZFP64调控的下游靶基因。

研究结果部分：
"ZFP64在PCs中的表达模式"：荧光原位杂交显示ZFP64在小脑各层细胞中广泛表达，PCs中主要表达isoform 1亚型。

"PCs中ZFP64敲除损害CF突触消除"：电生理记录发现，ZFP64敲除导致PCs在出生后19-30天仍保持多CF支配，而对照组PCs已形成单CF支配模式。这种表型可通过表达抗RNAi的ZFP64(Res)挽救。

"ZFP64主要参与CF突触消除的晚期阶段"：时序分析显示，ZFP64敲除主要影响出生后12天开始的晚期消除阶段，对早期阶段影响较小。这种表型是暂时性的，在成年期恢复正常。

"ZFP64可能作用于P/Q-VDCC下游"：双敲除实验表明，ZFP64敲除的表型被P/Q-VDCC敲除所掩盖，提示ZFP64位于P/Q-VDCC下游。而mGluR1敲除的表型与ZFP64敲除具有累加效应，表明两者通过不同通路发挥作用。

"ZFP64敲除暂时性影响CF树突延伸和胞体终末消除"：免疫荧光显示，ZFP64敲除PCs在P21时CF树突延伸减少，胞体CF终末密度增加，但这些表型在P37时恢复正常。

"ZFP64敲除短暂增强PF-PC兴奋性突触传递"：在出生后第二周，ZFP64敲除PCs的PF突触传递增强，但这一现象在成年期消失。

"ZFP64敲除改变突触相关基因表达"：RNA测序发现ZFP64敲除小脑中48个基因上调，57个基因下调。上调基因主要富集在"树突"、"突触"等细胞组分和"神经系统发育"等生物学过程，其中Sema3A表达显著增加。

"Sema3A是ZFP64促进CF突触消除的潜在靶点"：过表达Sema3A模拟了ZFP64敲除表型，而Sema3A敲除可部分挽救ZFP64或P/Q-VDCC敲除导致的CF突触消除缺陷。

研究结论表明，ZFP64通过调控Sema3A表达，在P/Q-VDCC下游促进CF突触消除和树突延伸。这一发现揭示了转录调控在神经环路精确组装中的重要作用，为理解神经发育障碍提供了新视角。研究还发现ZFP64的作用具有发育阶段特异性，主要影响突触修剪的晚期阶段，且这种影响是暂时性的，提示神经系统具有强大的自我修复能力。这些发现不仅深化了对小脑发育机制的认识，也为研究其他脑区的突触可塑性提供了重要参考。