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目的:
人脑的高级功能之一就是学习与记忆,简单来说,所谓学习(learning)就是指获得新的信息和知识,而记忆(memory)则指保留所学到的信息。从每个人的实际体验都能认识到,遗忘是正常和不能回避的。但是,在许多脑的疾病或损伤中,例如脑震荡、慢性酒精中毒、脑炎、脑肿瘤、脑卒中和阿尔兹海默症都会造成学习记忆障碍,严重影响着患者的日常学习和生活。因此探索学习记忆障碍的研究十分必要。
哺乳动物大脑的基本属性是其根据经验修改其功能的能力,从而可以改变随后的行为。通过改变预先存在的突触的传递强度,可以将短暂的经历作为发育和成年期间的持久性记忆轨迹并入神经元回路。因此,突触可塑性是支持脑功能的基本机制[1]。在维持正常突触结构和功能的众多因素中,星形胶质细胞是一个极其重要的因素[2]。星形胶质细胞表达一系列受体、转运蛋白和其他分子,使它们能够感知多种突触介质、细胞因子、前列腺素和局部离子浓度、PH值、免疫状态或氧化还原状态变化相关的信号。此外,星形胶质细胞控制各种机制来生产各种细胞因子,在突触行为中发挥作用,这就包括谷氨酸NMDA受体(NMDAR)协同激动剂丝氨酸(d-serine),ATP及其分解产物腺苷代谢药物如l-lactate和其他可溶的或直接接触的影响物质来参与突触连接的形成,稳定和消除。YAP(yes-associated protein)作为是一个转录共激活蛋白,被广泛认为是Hippo通路的一个关键转录因子。近年来的研究发现,Hippo/YAP信号通路会在神经干细胞的增值分化,神经元前体细胞的增殖,胶质细胞分化和激活,髓鞘化发育和神经系统疾病的发生发展等方面发挥重要作用。然而在星形胶质细胞中高表达的YAP是否参与调控神经元和星形胶质细胞网络,是否影响突触功能乃至于学习记忆功能尚未有相关研究。
作为我们实验室探索YAP在神经系统中的功能的系列工作之一,通过构建YAP星形胶质细胞条件性基因敲除小鼠,来研究在星形胶质细胞中的YAP在学习记忆中的作用,为YAP的功能细分和学习记忆障碍的机制探索提供了线索。
方法:
1.通过Cre/loxp系统为基础,构建YAPGFAP-CKO小鼠。通过WB技术验证是否成功。
2.对YAPGFAP-CKO小鼠进行相关的行为学检测,包括旷场实验,高架十字迷宫,Y迷宫,新事物识别实验,水迷宫。
3.通过尼氏染色和免疫荧光染色检测小鼠神经元数量。
4.通过免疫荧光染色检测海马区凋亡情况。
5通过HE染色和qPCR技术检测海马区炎症情况。
6通过高尔基染色观察树突棘数目和形态,通过WB技术检测PSD-95含量。
7.通过RNA-seq技术筛选变化基因。
8.通过qPCR技术和WB验证TGF-βb1的下降和TGF-β信号通路受损。
9.本实验的所有数据都代表了至少三次独立实验的结果。统计结果分析采用GraphPad Prism7软件。P<0.05,代表有统计学意义,其中*表示P<0.05,**表示P<0.01,***表示P<0.001,****表示P<0.0001。
结果:
1.YAPGFAP-CKO小鼠具有学习和认知障碍。
2.YAPGFAP-CKO小鼠海马区神经元数量减少。
3.YAPGFAP-CKO小鼠海马区神经元数目的减少从出生即开始。
4.YAPGFAP-CKO小鼠海马区凋亡增加。
5.YAPGFAP-CKO小鼠海马区炎症浸润增加。
6.YAPGFAP-CKO小鼠海马区树突棘数量减少,形态趋向于不成熟。
7.YAPGFAP-CKO小鼠海马区PSD-95蛋白含量下降。
8.YAPGFAP-CKO小鼠中TGF-β1下降。
9.星形胶质细胞中YAP的敲除导致TGF-β信号通路受损。
结论:
在本研究中,我们发现YAPGFAP-CKO小鼠具有的严重的学习和认知障碍,为星形胶质细胞中的YAP可以参与调控大脑的高级认知功能提供了实验证据。在星形胶质细胞中敲除YAP后,将使得Smad7升高,进而抑制Smad3的激活,最使得TGF-β信号通路受损,进而导致神经元数目的减少和突触功能的障碍。这些研究表明星形胶质细胞中的YAP的表达对维持正常的学习记忆功能起着重要作用,这为进一步研究正常生理情况下的学习记忆机制和病理情况下的学习记忆障碍提供了重要信息。
人脑的高级功能之一就是学习与记忆,简单来说,所谓学习(learning)就是指获得新的信息和知识,而记忆(memory)则指保留所学到的信息。从每个人的实际体验都能认识到,遗忘是正常和不能回避的。但是,在许多脑的疾病或损伤中,例如脑震荡、慢性酒精中毒、脑炎、脑肿瘤、脑卒中和阿尔兹海默症都会造成学习记忆障碍,严重影响着患者的日常学习和生活。因此探索学习记忆障碍的研究十分必要。
哺乳动物大脑的基本属性是其根据经验修改其功能的能力,从而可以改变随后的行为。通过改变预先存在的突触的传递强度,可以将短暂的经历作为发育和成年期间的持久性记忆轨迹并入神经元回路。因此,突触可塑性是支持脑功能的基本机制[1]。在维持正常突触结构和功能的众多因素中,星形胶质细胞是一个极其重要的因素[2]。星形胶质细胞表达一系列受体、转运蛋白和其他分子,使它们能够感知多种突触介质、细胞因子、前列腺素和局部离子浓度、PH值、免疫状态或氧化还原状态变化相关的信号。此外,星形胶质细胞控制各种机制来生产各种细胞因子,在突触行为中发挥作用,这就包括谷氨酸NMDA受体(NMDAR)协同激动剂丝氨酸(d-serine),ATP及其分解产物腺苷代谢药物如l-lactate和其他可溶的或直接接触的影响物质来参与突触连接的形成,稳定和消除。YAP(yes-associated protein)作为是一个转录共激活蛋白,被广泛认为是Hippo通路的一个关键转录因子。近年来的研究发现,Hippo/YAP信号通路会在神经干细胞的增值分化,神经元前体细胞的增殖,胶质细胞分化和激活,髓鞘化发育和神经系统疾病的发生发展等方面发挥重要作用。然而在星形胶质细胞中高表达的YAP是否参与调控神经元和星形胶质细胞网络,是否影响突触功能乃至于学习记忆功能尚未有相关研究。
作为我们实验室探索YAP在神经系统中的功能的系列工作之一,通过构建YAP星形胶质细胞条件性基因敲除小鼠,来研究在星形胶质细胞中的YAP在学习记忆中的作用,为YAP的功能细分和学习记忆障碍的机制探索提供了线索。
方法:
1.通过Cre/loxp系统为基础,构建YAPGFAP-CKO小鼠。通过WB技术验证是否成功。
2.对YAPGFAP-CKO小鼠进行相关的行为学检测,包括旷场实验,高架十字迷宫,Y迷宫,新事物识别实验,水迷宫。
3.通过尼氏染色和免疫荧光染色检测小鼠神经元数量。
4.通过免疫荧光染色检测海马区凋亡情况。
5通过HE染色和qPCR技术检测海马区炎症情况。
6通过高尔基染色观察树突棘数目和形态,通过WB技术检测PSD-95含量。
7.通过RNA-seq技术筛选变化基因。
8.通过qPCR技术和WB验证TGF-βb1的下降和TGF-β信号通路受损。
9.本实验的所有数据都代表了至少三次独立实验的结果。统计结果分析采用GraphPad Prism7软件。P<0.05,代表有统计学意义,其中*表示P<0.05,**表示P<0.01,***表示P<0.001,****表示P<0.0001。
结果:
1.YAPGFAP-CKO小鼠具有学习和认知障碍。
2.YAPGFAP-CKO小鼠海马区神经元数量减少。
3.YAPGFAP-CKO小鼠海马区神经元数目的减少从出生即开始。
4.YAPGFAP-CKO小鼠海马区凋亡增加。
5.YAPGFAP-CKO小鼠海马区炎症浸润增加。
6.YAPGFAP-CKO小鼠海马区树突棘数量减少,形态趋向于不成熟。
7.YAPGFAP-CKO小鼠海马区PSD-95蛋白含量下降。
8.YAPGFAP-CKO小鼠中TGF-β1下降。
9.星形胶质细胞中YAP的敲除导致TGF-β信号通路受损。
结论:
在本研究中,我们发现YAPGFAP-CKO小鼠具有的严重的学习和认知障碍,为星形胶质细胞中的YAP可以参与调控大脑的高级认知功能提供了实验证据。在星形胶质细胞中敲除YAP后,将使得Smad7升高,进而抑制Smad3的激活,最使得TGF-β信号通路受损,进而导致神经元数目的减少和突触功能的障碍。这些研究表明星形胶质细胞中的YAP的表达对维持正常的学习记忆功能起着重要作用,这为进一步研究正常生理情况下的学习记忆机制和病理情况下的学习记忆障碍提供了重要信息。