Ⅰ海马LTP诱发蛋白酶体介导SPAR蛋白降解 Ⅱ突触—核信使蛋白Jacob调节突触传递

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认知能力包括学习、记忆巩固是由蛋白合成、定位、组装和降解水平多层面的调节决定的。电活动依赖的突触可塑性是指突触传递效能和传递强度的动态变化。电活动依赖的突触可塑性被认为是学习记忆形成的重要机制。在哺乳动物中研究最广泛的突触可塑性模型是长时程增强(long-term potentiation,LTP)和长时程抑制(Long-term depression,LTD) 。长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)都产生于海马的兴奋性突触部位。而且,LTP是电活动依赖的突触效率的增加,它被认为是学习记忆的分子机制。突触可塑性包括突触传递的两个关键过程的改变:神经递质从突触前神经元释放,和信号被接收传导到突触后神经元。然而信息的长期存贮至少部分是通过神经元间连接结构的改变和离子通道型受体/代谢型受体的平衡改变,如树突棘的结构和数目的改变。相应的许多突触后致密区蛋白也随之发生结构和功能的变化。因此,最近关于伴随可塑性突触结构的研究引起更多的关注。树突棘是树突分枝上的棘状突起,是神经元间形成突触的主要部位。许多近期研究都将泛素-蛋白酶体系统介导的蛋白降解作为继蛋白合成,蛋白修饰和蛋白转位之后一样重要的途径调节突触结构和功能。研究表明泛素蛋白酶体系统(UPS)介导的蛋白降解参与海马突触传递LTP的诱导和学习记忆相关。因而理解突触传递怎样调节记忆形成和电活动依赖的突触结构怎样调节神经网络活动很重要。然而,突触输入的特异性还不清楚。是否有特异的反馈信息在细胞核和突触之间的交流,从而启动新基因的转录表达。因而,我主要研究了两个相关的突触蛋白在突触可塑性中的作用。1)UPS降解特异性靶蛋白SPAR对LTP的影响;2)公认的突触-核信使蛋白Jacob在突触可塑性中的作用。SPAR蛋白是树突棘相关的Rap特异性GTP酶活化蛋白,是一种actin调节蛋白和突触后致密区蛋白。它对树突棘形态调节起重要作用。SPAR与突触后致密区支架蛋白PSD-95以及谷氨酸受体的NMDAR亚型形成复合体,从而直接影响NMDA受体下游的信号传递过程。电活动诱发的Plk2与突触后蛋白SPAR之间的联系能指导新树突棘的形成,这一结果提示SPAR的降解是神经电活动依赖性的树突棘形成和消除的一个关键步骤。在本论文的第一部分,突触后致密区蛋白SPAR在LTP诱导后的降解途径被标记。在急性分离的海马脑片中过表达增强型绿色荧光蛋白标记的SPAR蛋白。我们发现LTP诱导能引发UPS依赖的SPAR-eGFP蛋白荧光强度减弱。抑制CDK5和蛋白合成都能阻碍LTP诱导引起的SPAR蛋白的降解。我们还发现LTP能诱导的SPAR蛋白降解含有不依赖于蛋白质合成的方式,并且这种方式需要UPS和NMDA受体的激活而不需要CDK5激活。因此,LTP通过两种互补机制引发SPAR蛋白水平的下调,其中之一已被报道可介导可塑性的稳态。在本论文的第二部分,研究了突触-核信使Jacob蛋白调节突触传递的机制。Jacob是一个新的突触后致密区蛋白,它被认为是神经元钙离子敏感受体Caldendrin的相互作用蛋白。早期研究表明NMDA受体诱导后,Jacob蛋白向细胞核迁移,导致突触斑的快速脱落和树突形状的快速改变。在本实验中,我们运用激光共聚焦成像和电生理的技术实时监测LTP诱导后Jacob-eGFP蛋白的荧光强度变化。我们发现Jacob在诱导LTP而非LTD的强直刺激下迅速迁移到细胞核。免疫组化实验也进一步证实了Jacob蛋白在LTP的诱导下从近胞体段树突向细胞核中积聚。构建该蛋白180位丝氨酸突变体:磷酸化和非磷酸化突变体(△Myr-S 180D-Jacob-GFP和△Myr-S 180A-Jacob-GFP);核定位序列突变体(△NLS-Jacob-GFP),并通过通过全细胞膜片钳实验检测野生型和突变体的微小兴奋性电流(m EPSC),我们发现野生型WT-Jacob-GFP能提高突触强度和增加自发性神经递质的释放频率,而△ Myr-S180D-Jacob-GFP更能增加兴奋性微小电流的幅度但是不增加自发性神经递质的释放频率。这些结果提示我们突触-核信使蛋白Jacob在突触传递中起很重要的作用。总之,认知能力包括学习和记忆的巩固是一个复杂的调控过程。我们希望我们的研究为学习和记忆的机制的研究提供新的实验数据。
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