Shrm4の過剰発現はGABAシグナル伝達経路の活性化を介して神経幹細胞の増殖と分化を促進する

Overexpression of Shrm4 promotes proliferation and differentiation of neural stem cells through activation of GABA signaling pathway.

• Runhui Tian
• Kaimin Guo
• Bo Wu
• Hongbo Wang

抄録

Shrm4は、分極組織に排他的に発現するタンパク質である。脳におけるShrm4の生理機能を解明する必要があった。そこで私たちは、Shrm4を介したγ-アミノ酪酸（GABA）経路が神経幹細胞（NSC）にどのような影響を与えるかを探ることを目的としました。まず、培養神経幹細胞におけるネスチンの発現を同定した。Shrm4とGABAの相互作用を決定した後、一連のin vitro実験を行い、細胞増殖、細胞コロニー形成能、神経幹細胞の神経細胞への分化度、アポトーシス率、細胞周期を検出した。Shrm4、GABA、Bcl-2関連タンパク質x（Bax）、B細胞リンパ腫2（Bcl-2）、切断カスパーゼ3、微小管関連タンパク質2（MAP-2）、サイトカインシグナル伝達抑制因子2（SOCS2）のレベルを検出し、NSCsにおけるShrm4とGABA経路の役割をさらに評価した。当初、Shrm4はGABAと結合し、Shrm4の過剰発現やGABAの活性化により陽性細胞数が増加し、NSCの細胞生存率、コロニー形成率、分化が促進されることを見出した。また、Shrm4の過剰発現やGABAの活性化により、G1期の細胞は減少し、S期の細胞は増加し、NSCの細胞アポトーシス率は抑制された。また、Shrm4の過剰発現やGABAの活性化は、Shrm4、GABA、Bcl-2、MAP-2、SOCS2のレベルを上昇させ、一方でBaxやCaspase-3のレベルを低下させた。全体的に、Shrm4 の過剰発現は GABA を活性化し、NSC の増殖と分化を刺激した。このように、Shrm4はNSCの増殖・分化を促進する新規なターゲットと考えられる。

Shrm4 is a protein that is exclusively expressed in polarized tissues. The physiological function of Shrm4 in the brain was required to be elucidated. Thus, we aimed to explore how the Shrm4-mediated gamma-aminobutyric acid (GABA) pathway affected neural stem cells (NSCs). At first, the Nestin expression in cultured NSCs was identified. After determination of the interaction of Shrm4 and GABA, a series of in vitro experiment were performed to detect cell proliferation, the ability of cell colony formation, degree that NSCs differentiated into neurons, the apoptosis rate, and cell cycle. The levels of Shrm4, GABA, Bcl-2-associated protein x (Bax), B cell lymphoma 2 (Bcl-2), cleaved Caspase-3, microtubule-associated protein 2 (MAP-2) as well as suppressor of cytokine signaling 2 (SOCS2) were detected to further assess the role of Shrm4 and GABA pathway in NSCs. Initially, we found that Shrm4 could bind to GABA, and overexpression of Shrm4 or activation of GABA increased the number of positive cells, and promoted cell viability, colony formation rate and differentiation of NSCs. After overexpression of Shrm4 or activation of GABA, cells in the G1 phase were decreased, while those in the S phase were increased with an inhibited cell apoptosis rate in the NSCs. Besides, the overexpression of Shrm4 or activation of GABA upregulated the levels of Shrm4, GABA, Bcl-2, MAP-2 and SOCS2, while downregulated Bax and cleaved Caspase-3 in NSCs. Overall, overexpression of Shrm4 activated GABA to stimulate the proliferation and differentiation of NSCs. Thus, Shrm4 might be considered as a novel target for promoting the proliferation and differentiation of NSCs.