神经发生（neurogenesis）是指神经干细胞或神经祖细胞增殖经历均衡和不均衡性分裂，逐渐分化、成熟成为神经元，并逐渐向功能区域迁移，最后与其他神经元建立突触联系从而产生神经功能的过程。成年哺乳动物大脑中依然存在神经发生，称为成体神经发生（adult neurogenesis）。成体神经发生特定的发生于两个区域，即侧脑室下区和海马齿状回颗粒层。成体神经干细胞/祖细胞（aNSPC）特异性的分布在这两个区域，并持续产生新生神经元。新生的神经元会进一步成熟、迁移，加入神经环路，并且在神经元活动、学习记忆和情绪调控过程中发挥了重要作用。对aNSPC调控机制的研究将为认识神经系统发育、功能，以及神经系统疾病的发生/发展提供重要信息。然而目前对aNSPC的稳态如何被调控的这个重要科学问题的认识还非常的有限。

      O-连接N-乙酰氨基葡萄糖修饰（O-GlcNAc）是一种重要的蛋白翻译后糖基化修饰。O-GlcNAc在糖基转移酶Ogt的催化作用下修饰蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基；同时在糖苷酶Oga的催化下被移除。该修饰是一种动态、可诱导、可调控的修饰方式，这一特性与蛋白质的磷酸化十分相似。之前的研究表明，O-GlcNAc修饰在转录调控，细胞周期，代谢稳态，信号传导等关键过程中发挥着重要作用。在神经系统中，O-GlcNAc有着非常高的丰度，在维持神经细胞功能方面发挥了关键功能。然而目前关于O-GlcNAc修饰在神经系统发育和疾病中的研究绝大多数是以神经元为研究对象，而在神经干细胞中的研究非常少。

      近日，浙江大学转化医学研究院/浙江大学医学院附属儿童医院李学坤教授、浙江大学生命科学研究院易文教授和浙江大学医学院附属儿童医院舒强教授的联合团队在Cell Reports杂志上发表了题为“Ogt controls neural stem/progenitor cell pool and adult neurogenesis through modulating Notch signaling”的研究论文，报道了Ogt介导的O-GlcNAc修饰对于维持成体神经干细胞池，调控成体神经发生的重要功能，并揭示了O-GlcNAc通过与泛素化修饰进行对话进而调控Notch1信号通路的分子机制。

      本研究首先发现Ogt和O-GlcNAc在成年小鼠海马中广泛分布，在aNSPC、神经元和星形胶质细胞中均能够检测到，并且富集于成熟神经元中。Ogt和O-GlcNAc是动态变化的，其含量在aNSPC分化为神经元和神经胶质细胞的过程中下降；而在神经元和星形胶质细胞成熟过程中上升。

      体外培养的aNSPC缺失Ogt后，O-GlcNAc修饰水平下降，细胞增殖能力下降，倾向于分化为神经元。通过对aNSPC特异性敲除Ogt小鼠模型的研究发现，短期内Ogt缺失导致aNSPC过度激活，提升了aNSPC分裂产生中间祖细胞的比例和数量，于是增加了新生神经元的数量。但是，长期缺失Ogt导致的过度激活损害了神经干细胞池的维持，使aNSPC数量显著减少，而整体成体神经发生水平下降。此外，行为学实验表明Ogt的缺失导致小鼠学习记忆能力受损。

      Notch信号通路对维持细胞干性至关重要，而aNSPC在Ogt缺失与Notch信号受抑制时的表型非常相似。进一步的RNA测序显示，Ogt缺乏时，aNSPC中Notch信号各靶分子转录水平变化；免疫沉淀实验（IP）和蛋白质质谱鉴定发现，Ogt直接与Notch1跨膜/胞内段（TM/ICD）结合，催化了TM/ICD上的O-GlcNAc修饰。Notch1上O-GlcNAc存在于其2264和2271位，O-GlcNAc修饰抑制了Notch1与泛素E3连接酶Itch的结合，降低其泛素化修饰，增强了Notch1蛋白的稳定性，从而维持Notch信号的正常水平。在aNSPC中敲低Itch能够部分拯救缺失Ogt导致的表型。

      综上所述，这项工作阐明了Ogt介导的O-GlcNAc修饰通过拮抗Itch介导的Notch1泛素化来调控Notch信号通路，进而维持小鼠成体神经干细胞稳态和成体神经发生的重要机制。该研究结果丰富了对神经发育调控过程的认识，同时也为神经系统性疾病发生发展的研究提供新的策略。

      浙江大学转化医学研究院/浙江大学医学院附属儿童医院的博士生陈峻琛是该论文的第一作者。浙江大学转化医学研究院/浙江大学医学院附属儿童医院李学坤教授、浙江大学生命科学研究院易文教授和浙江大学医学院附属儿童医院舒强教授是该论文的通讯作者。

原文链接：

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(21)00219-9