Ⅰ海馬LTP誘發(fā)蛋白酶體介導(dǎo)SPAR蛋白降解Ⅱ突觸-核信使蛋白Jacob調(diào)節(jié)突觸傳遞.pdf

1、認(rèn)知能力包括學(xué)習(xí)、記憶鞏固是由蛋白合成、定位、組裝和降解水平多層面的調(diào)節(jié)決定的。電活動(dòng)依賴的突觸可塑性是指突觸傳遞效能和傳遞強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)變化。電活動(dòng)依賴的突觸可塑性被認(rèn)為是學(xué)習(xí)記憶形成的重要機(jī)制。在哺乳動(dòng)物中研究最廣泛的突觸可塑性模型是長時(shí)程增強(qiáng)（LTP）和長時(shí)程抑制(LTD)。長時(shí)程增強(qiáng)(LTP)和長時(shí)程抑制(LTD)都產(chǎn)生于海馬的興奮性突觸部位。而且，LTP是電活動(dòng)依賴的突觸效率的增加，它被認(rèn)為是學(xué)習(xí)記憶的分子機(jī)制。
　　突觸可

2、塑性包括突觸傳遞的兩個(gè)關(guān)鍵過程的改變:神經(jīng)遞質(zhì)從突觸前神經(jīng)元釋放，和信號被接收傳導(dǎo)到突觸后神經(jīng)元。然而信息的長期存貯至少部分是通過神經(jīng)元間連接結(jié)構(gòu)的改變和離子通道型受體/代謝型受體的平衡改變，如樹突棘的結(jié)構(gòu)和數(shù)目的改變。相應(yīng)的許多突觸后致密區(qū)蛋白也隨之發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能的變化。因此，最近關(guān)于伴隨可塑性突觸結(jié)構(gòu)的研究引起更多的關(guān)注。樹突棘是樹突分枝上的棘狀突起，是神經(jīng)元間形成突觸的主要部位。許多近期研究都將泛素-蛋白酶體系統(tǒng)介導(dǎo)的蛋白降解作為

3、繼蛋白合成，蛋白修飾和蛋白轉(zhuǎn)位之后一樣重要的途徑調(diào)節(jié)突觸結(jié)構(gòu)和功能。研究表明泛素蛋白酶體系統(tǒng)(UPS)介導(dǎo)的蛋白降解參與海馬突觸傳遞LTP的誘導(dǎo)和學(xué)習(xí)記憶相關(guān)。因而理解突觸傳遞怎樣調(diào)節(jié)記憶形成和電活動(dòng)依賴的突觸結(jié)構(gòu)怎樣調(diào)節(jié)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)很重要。
　　然而，突觸輸入的特異性還不清楚。是否有特異的反饋信息在細(xì)胞核和突觸之間的交流，從而啟動(dòng)新基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。因而，主要研究了兩個(gè)相關(guān)的突觸蛋白在突觸可塑性中的作用。1)UPS降解特異性靶蛋白

4、SPAR對LTP的影響;2）公認(rèn)的突觸-核信使蛋白Jacob在突觸可塑性中的作用。
　　SPAR蛋白是樹突棘相關(guān)的Rap特異性GTP酶活化蛋白，是一種actin調(diào)節(jié)蛋白和突觸后致密區(qū)蛋白。它對樹突棘形態(tài)調(diào)節(jié)起重要作用。SPAR與突觸后致密區(qū)支架蛋白PSD-95以及谷氨酸受體的NMDAR亞型形成復(fù)合體，從而直接影響NMDA受體下游的信號傳遞過程。電活動(dòng)誘發(fā)的Plk2與突觸后蛋白SPAR之間的聯(lián)系能指導(dǎo)新樹突棘的形成，這一結(jié)果提示SP

5、AR的降解是神經(jīng)電活動(dòng)依賴性的樹突棘形成和消除的一個(gè)關(guān)鍵步驟。在本論文的第一部分，突觸后致密區(qū)蛋白SPAR在LTP誘導(dǎo)后的降解途徑被標(biāo)記。在急性分離的海馬腦片中過表達(dá)增強(qiáng)型綠色熒光蛋白標(biāo)記的SPAR蛋白。發(fā)現(xiàn)LTP誘導(dǎo)能引發(fā)UPS依賴的SPAR-eGFP蛋白熒光強(qiáng)度減弱。抑制CDK5和蛋白合成都能阻礙LTP誘導(dǎo)引起的SPAR蛋白的降解。還發(fā)現(xiàn)LTP能誘導(dǎo)的SPAR蛋白降解含有不依賴于蛋白質(zhì)合成的方式，并且這種方式需要UPS和NMDA受體

6、的激活而不需要CDK5激活。因此，LTP通過兩種互補(bǔ)機(jī)制引發(fā)SPAR蛋白水平的下調(diào)，其中之一已被報(bào)道可介導(dǎo)可塑性的穩(wěn)態(tài)。
　　第二部分，研究了突觸-核信使Jacob蛋白調(diào)節(jié)突觸傳遞的機(jī)制。Jacob是一個(gè)新的突觸后致密區(qū)蛋白，它被認(rèn)為是神經(jīng)元鈣離子敏感受體Caldendrin的相互作用蛋白。早期研究表明NMDA受體誘導(dǎo)后，Jacob蛋白向細(xì)胞核遷移，導(dǎo)致突觸斑的快速脫落和樹突形狀的快速改變。在本實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用激光共聚焦成像和電生理的

7、技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測LTP誘導(dǎo)后Jacob-eGFP蛋白的熒光強(qiáng)度變化。發(fā)現(xiàn)Jacob在誘導(dǎo)LTP而非LTD的強(qiáng)直刺激下迅速遷移到細(xì)胞核。免疫組化實(shí)驗(yàn)也進(jìn)一步證實(shí)了Jacob蛋白在LTP的誘導(dǎo)下從近胞體段樹突向細(xì)胞核中積聚。構(gòu)建該蛋白180位絲氨酸突變體:磷酸化和非磷酸化突變體（△Myr-S180D-Jacob-GFP和△Myr-S180A-Jacob-GFP）;核定位序列突變體(△NLS-Jacob-GFP)，并通過通過全細(xì)胞膜片鉗實(shí)驗(yàn)檢測野