神经管畸形(Neural tube defects,NTDs)是由于胚胎神经管闭合障碍所引起的一类严重的中枢神经系统先天性出生缺陷,其病因复杂且发病机制尚不完全清楚,因此,深入研究神经管畸形的发病机制有助于我们更全面的了解其致病原因。神经管畸形是由于外环境和遗传因素多方面作用造成的,围孕期营养素的摄入失衡是其中很重要的一个危险因素。维甲酸(Retinoic acid,RA)是维生素A在体内的活性形式,对胚胎发育具有重要的调节作用。RA进入细胞后作为配体与维甲酸受体(Retinoicacidreceptor,RAR)结合,参与细胞生长、分化以及胚胎发育等许多生物学进程。RAR是RA信号通路中关键因子,可以和FGF、Wnt和BMP信号通路等交互作用,协同调控神经系统的发育。RAR功能缺陷的胚胎小鼠表现为NTDs。RAR的调控包括转录水平和蛋白水平。已有文献报道,RAR能够被泛素-蛋白酶体途径调节,因此寻找RAR的泛素连接酶(ubiquitinproteinligase,E3)具有重要的研究意义。本课题免疫共沉淀/质谱(Immunoprecipitation/mass spectrometry,IP/MS)结果显示,泛素连接酶FBXO30与维甲酸受体γ(Retinoicacidreceptorγ,RARγ)可能存在相互作用。泛素连接酶FBXO30属于F-box家族,F-box家族蛋白参与细胞周期调控、信号转导、营养代谢、免疫应答以及发育等许多生物学进程。那么FBXO30是否通过泛素蛋白酶体途径调控RARγ蛋白稳定性?其是否对胚胎神经发育相关通路产生影响,从而导致NTDs的发生?为了回答这些问题,我们确定了以下研究目的:研究FBXO30作为RARγ的泛素连接酶调控其蛋白稳定性的机制及对BMP通路的调节;从RA干预细胞模型及小鼠NTDs模型入手,研究FBXO30对BMP通路相关基因表达调控,进一步验证人NTDs样本中FBXO30及BMP通路相关基因表达的关联。我们通过内、外源免疫共沉淀(Co-Immunoprecipitation,Co-IP)、亚细胞定位等实验验证RARγ和FBXO30在体内确实存在相互作用,并通过截短体相互作用实验,揭示了FBXO30通过其F-box结构域与RARγ发生相互作用。在调控机制方面,我们通过免疫印迹、qPCR及体内泛素化实验验证了FBXO30能够通过介导RARγ的泛素-蛋白酶体途径的降解来调控其蛋白稳定性。在生理功能上,我们通过RNA-seq技术,在敲低FBXO30的细胞系中筛选差异表达基因,发现其与神经发育相关。基于RARγ是BMP通路的负性调控因子,而FBXO30负向调控RARγ稳定性,我们推测FBXO30应是BMP通路的正性调控分子。BMP信号通路贯穿于神经管发育始终,其效应具有时间和空间特异性。为此我们首先从BMP报告基因活性、Smad磷酸化水平以及BMP通路靶基因等方面证实FBXO30可拮抗RARγ对BMP通路的抑制效应。然后利用RA干预的细胞模型和小鼠NTDs模型证实,在RA干预下,FBXO30的蛋白水平下降,BMP通路被抑制。最后在人NTDs样本中,我们利用Nanostring及免疫印迹等方法,进一步验证了 FBXO30和BMP通路相关基因改变及其相关性,提示FBXO30有可能参与NTDs的发生。我们从分子、细胞、动物整体水平以及人的标本中证实了 FBXO30对BMP通路的调控意义,第一次揭示了FBXO30在NTDs中的重要作用,拓展了F-box家族的功能范围。综上所述,本课题揭示了泛素连接酶FBXO30负向调控RARγ的蛋白稳定性,阐明了其在BMP信号通路中的调控作用,并在小鼠NTDs模型和人NTDs标本中得到验证,提示FBXO30有可能参与神经发育及神经管畸形的发生。