Teaming up with co-workers from Japan, UK and US, CAS biochemists have revealed a novel mechanism for maintaining neural stem cells in early embryos. Their work was published in the 6 August issue of Cell Development.

    Neural stem cells (NSCs) are a type of stem cells that resides in embryonic and adult neural systems with the capacity of self-renewal and differentiation. They can give rise to new nerve cells (called neurons) and other cells that support nerve cells (called glia), forming a complete central neural system (CNS).

    Previous studies have shown that the maintenance of the NSC pool is essential for normal neural development. Precocious neurogenesis could reduce the number of neurons and lead to a lack of glial types, impeding the normal development of the central neural system. Although progress has been made in identifying some components of the genetic program involved in regulating NSC maintenance, the detailed underlying mechanisms still remain largely unknown.

    During studies of the neural development of chick and mouse embryos, a research team led by Prof. JING Naihe from the Institute of Biochemistry and Cell Biology, found that both Id, the dominant negative regulators of proneural proteins, and Hes1, one of the basic helix-loop-helix transcription factors that regulate mammalian CNS development genes, are highly expressed in an embryo's early neural tubes where NSC are concentrated. However, Ids are expressed prior to proneural genes and share an overlapping expression pattern with Hes1. Overexpression of Id2 in the chick hindbrain upregulates Hes1 expression and inhibits proneural gene expression and neuronal differentiation. By contrast, Hes1 expression decreases, proneural gene expression expands, and neurogenesis occurs precociously in the Id expression inhibited chick and mouse embryos. Mechanistic studies show that Id proteins interact directly with Hes1 and release the negative feedback autoregulation of Hes1 without interfering with its ability to affect other target genes. These results indicate that Id proteins participate in NSC maintenance through sustaining Hes1 expression in early embryos. Taken together, these results strongly support the notion that sustained Hes1 expression by Id proteins is a critical mechanism for maintenance of the NSC pool in early embryos.

    Scientists say that the discovery will not only shed new light on the underlying mechanism for abnormal development of the neural system, but also lay an important basis for the studies of bran tumor treatment and prevention, as well as stem cell therapy as Id is known for driving the growth of cancer.