丘脑发育的“指挥官”与神经科学新突破！Cell Biosci：类器官揭示c-JUN基因奥秘

在神经科学的探索之路上，基因对大脑发育的调控始终占据着核心地位，是科研人员不懈钻研的关键领域。其中，c-JUN基因因其在细胞活动中所发挥的重要且关键的作用，一直以来都备受学界瞩目。

近期，一项发表于Cell Biosci的研究Impact of c-JUN deficiency on thalamus development in mice and human neural models在c-JUN基因于丘脑发育方面取得了令人瞩目的突破性进展，成功地为我们进一步深入探究大脑发育的分子机制提供了极具价值的重要依据，有力地推动了该领域的研究发展。

c-JUN基因作为原癌基因，在基因表达调控领域具有重要地位。它主要通过形成同源或异源二聚体与DNA结合，进而对基因转录进行调控，在细胞增殖、凋亡、存活及组织形态发生等过程中发挥着不可或缺的作用。然而，其在高等哺乳动物神经系统，尤其是丘脑发育过程中的具体功能一直未得到清晰阐释。

为解开这一谜团，研究团队开展了系统研究。在动物模型实验中，他们成功构建了c-JUN基因敲除（KO）小鼠，并对胚胎发育至E14.5阶段的样本展开深入分析。结果发现，与正常小鼠胚胎相比，KO小鼠脑室实质内神经纤维明显稀疏，丘脑区域呈现出显著的畸形。通过免疫荧光染色进一步检测，在丘脑部位，KO小鼠的TUJ1⁺、CNTN2⁺神经纤维数量大幅减少，丘脑特异性标记蛋白TCF7L2的表达水平也显著降低甚至完全缺失。DiI染料扩散实验更是直观地揭示出，神经纤维投射在这一过程中极有可能发生了中断，有力地证明了c-JUN基因缺失对丘脑发育的严重干扰。

图1：E14.5的KO小鼠胚胎在间脑表现出丘脑畸形

在细胞层面的研究中，研究人员利用CRISPR-Cas9技术构建了c-JUN KO的H1胚胎干细胞（ESCs），并诱导其分化为神经祖细胞（NPCs）、脑类器官（COs）和丘脑类器官（ThOs）。在NPC培养过程中，研究人员观察到c-JUN缺失虽然并未阻碍早期神经命运的确定，但却显著加速了NPCs的诱导进程。随着培养的持续进行，神经纤维的延伸和细胞黏附能力逐渐减弱，细胞出现聚集现象。值得庆幸的是，当进行c-JUN过表达操作后，这些异常情况得到了部分缓解，这为进一步明确c-JUN基因的功能提供了关键线索。

图2：NPCs中c-JUN缺失促进了神经干细胞的诱导，并加速了PAX6阳性细胞的分化

在COs方面，研究发现c-JUN KO导致其在发育早期出现明显的透明外环层，后期神经皮层样结构有所扩展，但核心区域的纤维连接却变得松散。通过RNA-seq分析，研究人员发现KO组中神经发育相关的基因通路呈现上调趋势，而细胞间黏附相关通路则出现下调。在ThOs模型中，c-JUN KO对丘脑发育的阻碍作用更为突出，表现为类器官直径增长受限，内部细胞密度降低，神经纤维稀疏分布。借助ATAC-seq等分析技术，研究人员证实丘脑相关基因的表达在这一过程中受到了显著影响，而c-JUN过表达能够有效恢复这些缺陷。

图3：c-JUN KO会上调神经系统发育相关通路，但会下调细胞间黏附相关通路

图4：在c-JUN基因敲除的胚胎及脑类器官中，丘脑/间脑标志物TCF7L2的表达模式受到了干扰

综上所述，本研究通过体内外实验充分表明，c-JUN在早期神经发育过程中扮演着极为关键的角色。其缺失会阻碍神经纤维的延伸，致使小鼠胚胎丘脑发育异常，在人类丘脑类器官模型中也引发类似问题。这一研究成果首次确凿地证实了c-JUN是丘脑/间脑发育的关键转录调节因子，为后续深入探究神经系统发育的分子机制奠定了坚实基础，也为神经发育相关疾病的研究与治疗开拓了新的思路与方向，在医药研究领域具有重要的意义与价值。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Shi J, Chen Q, Lai J, et al. Impact of c-JUN deficiency on thalamus development in mice and human neural models. Cell Biosci. 2024;14(1):149. Published 2024 Dec 20. doi:10.1186/s13578-024-01303-8