《Cell Death & Disease》:Aberrant maintenance of developmental transcription factor PAX6 promotes neuronal cell death via JNK3 signaling
编辑推荐:
本研究揭示了发育转录因子PAX6在成熟视网膜神经元中的异常维持如何通过JNK3介导的磷酸化转化为神经退行性死亡的驱动因子。研究人员发现NMDA诱导的兴奋性应激触发JNK3对PAX6的直接磷酸化,增强其染色质结合能力,共同激活Bax、Gadd45a等促凋亡基因表达。该发现为青光眼等慢性神经退行性疾病提供了新的转录调控机制见解。
在慢性神经退行性疾病如青光眼的病理过程中,视网膜神经节细胞的进行性死亡是导致不可逆视力丧失的核心环节。尽管学界普遍认为兴奋性毒性应激是神经元损伤的重要诱因,但驱动应激信号向细胞凋亡程序转换的转录调控机制始终存在认知空白。尤其令人困惑的是,某些在发育阶段发挥关键作用的转录因子,在神经元成熟后仍持续表达,它们是否可能被应激信号"劫持"而参与退行性过程?这一科学问题激发了研究人员的探索兴趣。
针对这一前沿课题,研究团队聚焦于发育转录因子PAX6——一个在视网膜发育中至关重要的调控蛋白。令人惊讶的是,他们在成熟视网膜神经元中依然检测到PAX6的持续存在。当采用NMDA诱导的兴奋性毒性应激模型时,研究人员观察到PAX6的激活模式发生显著改变:虽然总表达量未变,但PAX6被神经元特异性应激激酶JNK3直接磷酸化。通过体外激酶实验和基因敲除技术,团队证实了JNK3对PAX6的直接磷酸化作用,而JNK3的缺失则完全阻断了PAX6的应激激活。
这种磷酸化修饰如同为PAX6装配了"导航系统",显著增强了其与染色质的结合能力。更深入的研究发现,磷酸化的PAX6与JNK3形成转录复合物,共同靶向促凋亡基因(如Bax和Gadd45a)的启动子区域。基因组范围的ChIP-seq和转录组学分析揭示了这一复合物在全局范围内调控凋亡相关基因表达的分子图景。在动物层面,通过AAV-shRNA技术特异性敲低PAX6或JNK3,均能显著减轻兴奋性毒性应激导致的视网膜神经节细胞死亡。
关键技术方法
本研究整合多种前沿技术:采用NMDA诱导的兴奋性毒性建立神经元应激体系;通过体外激酶实验验证JNK3对PAX6的直接磷酸化;利用染色质免疫共沉淀测序绘制全基因组蛋白-DNA互作图谱;结合转录组学分析基因表达变化;应用AAV-shRNA介导的基因敲低进行体内功能验证。
JNK3介导的PAX6磷酸化激活
研究人员首先确认在兴奋性毒性应激下,PAX6被JNK3特异性磷酸化。体外重组实验表明JNK3可直接磷酸化PAX6,而JNK3基因敲除则完全阻断了这一过程,确立了JNK3-PAX6信号轴的存在。
PAX6-JNK3转录复合物的形成与功能
磷酸化修饰促使PAX6与JNK3形成稳定的转录复合物,通过ChIP-seq技术发现该复合物特异性结合于促凋亡基因启动子区,如Bax和Gadd45a,从而启动凋亡程序。
体内基因干预验证神经保护效应
在动物模型中,通过AAV-shRNA分别敲低PAX6或JNK3表达,均显著减轻了兴奋性毒性诱导的视网膜神经节细胞死亡,证实该通路在神经退行性变中的关键作用。
这项发表于《Cell Death》的研究首次揭示了发育因子PAX6在应激条件下的"角色转换"机制:JNK3介导的磷酸化将其从发育调控因子转变为神经退行性死亡的执行者。该发现不仅阐明了应激信号与转录重编程之间的分子桥梁,更重要的是为理解慢性神经退行性疾病中神经元选择性易感性提供了新范式。研究提示,靶向PAX6-JNK3转录复合物可能成为干预青光眼等疾病的新策略,同时拓宽了人们对发育程序异常激活参与病理过程的认识边界。