DNMT1介导的生长抑素阳性中间神经元迁移调控影响大脑皮层结构与功能

本研究揭示了DNA甲基转移酶1(DNMT1)通过调控生长抑素(SST+)中间神经元的迁移路径和基因表达程序，影响皮层神经前体细胞的非自主性信号传导，最终导致成年小鼠皮层结构和功能异常。研究人员结合分子动力学模拟、单细胞测序和神经电生理技术，阐明了DNMT1在神经元发育中的非经典功能，为神经精神疾病机制提供了新见解。

　　

大脑皮层的精密构筑依赖于兴奋性神经元与抑制性中间神经元的协同发育。其中，生长抑素(Somatostatin, SST⁺)阳性中间神经元约占皮层抑制性神经元的30%，其异常发育与癫痫、精神分裂症等神经精神疾病密切相关。然而，调控这类神经元迁移和整合的分子机制，尤其是表观遗传层面的调控网络仍存在重大知识缺口。

德国亚琛工业大学医院(University Hospital RWTH Aachen)的Julia Reichard团队在《Nature Communications》发表的研究，通过创新性地结合计算生物学与实验神经科学方法，揭示了DNA甲基转移酶1(DNMT1)在SST⁺中间神经元发育中的双重作用。研究团队首先通过分子动力学模拟发现DNMT1催化结构域与未甲基化DNA(UMDNA)的高亲和力结合特性，挑战了传统认为DNMT1仅作为"维持性甲基转移酶"的认知。随后利用条件性基因敲除小鼠模型，证明DNMT1缺失会导致SST⁺中间神经元提前退出边缘区(MZ)迁移路径，异常侵入皮层板(CP)。

关键技术方法包括：1) 分子动力学模拟分析DNMT1/UMDNA相互作用；2) Sst-Cre/tdTomato/Dnmt1 loxP2条件敲除小鼠模型；3) 流式分选结合甲基化测序(EM-seq)和RNA测序；4) 活体脑片延时成像追踪神经元迁移；5) Neuropixels高通量神经电生理记录；6) MERFISH空间转录组分析皮层细胞类型分布。

分子动力学模拟提出DNMT1催化结构域结合未甲基化DNA
通过500ns的分子动力学模拟发现，溶液中DNMT1催化结构域与UMDNA的CpG位点相互作用比晶体结构中增强60%，结合常数(K_d)达nM级。这一发现为DNMT1在非分裂神经元中参与de novo甲基化提供了结构基础。

DNMT1调控胚胎期SST⁺细胞发育关键基因
RNA-seq和甲基化测序显示，Dnmt1敲除导致1,160个差异表达基因(DEGs)和5,271个差异甲基化区域(DMRs)。其中ARX、ERBB4等迁移相关基因启动子区呈现低甲基化并显著上调，而染色质调节因子ATRX、KMT2A等也发生表观遗传重编程。

Dnmt1缺失引起胚胎皮层迁移路径异常
活体成像显示E14.5期Dnmt1敲除SST⁺神经元偏离边缘区迁移流，提前侵入皮层板(增加37%)，且运动速度加快。单细胞测序证实这些细胞高表达促迁移基因Efnb2和Erbb4，可能与异常径向迁移相关。

非自主性影响皮层前体细胞
Dnmt1敲除SST⁺神经元通过EFNB2-EPHA4信号促进放射状胶质细胞(RGCs)向中间前体细胞(IPCs)分化，导致E16.5期TBR1⁺深层神经元增加28%。MERFISH分析显示这种扰动持续至成年，表现为深层皮层增厚而浅层变薄。

成年期皮层功能异常
Neuropixels记录发现Dnmt1敲除小鼠体感皮层出现：1) 触觉诱发电位延迟31.8ms；2) γ振荡功率降低62dBmV；3) 阵发性θ活动增加。行为学检测显示癫痫发作严重度(Racine评分)增加2.3倍，筑巢能力下降40%。

这项研究首次阐明DNMT1通过三维基因组调控决定中间神经元迁移命运，并揭示神经元-前体细胞互作在皮层分层中的关键作用。不仅拓展了对DNA甲基化在神经发育中非经典功能的认识，更为理解皮层发育障碍疾病的发病机制提供了新视角。特别是发现DNMT1缺失导致的γ振荡异常与精神疾病相关表型高度吻合，为开发靶向表观遗传的干预策略奠定了理论基础。