【摘要】：媽/鈣調(diào)蛋白依賴型蛋白激酶 Ⅱ(Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ,CaMKⅡ)在海馬腦區(qū)主要包括0α和β亞型,αCaMKⅡ亞型在海馬學(xué)習(xí)記憶和突觸可塑性中的作用已被廣泛研究,相比之下,βCaMKⅡ亞型在海馬學(xué)習(xí)記憶和突觸可塑性中作用及機(jī)制的研究卻甚為缺乏,特別是有關(guān)β3CaMKⅡ亞型在海馬齒狀回(Dentate gyrus,DG)亞區(qū)相關(guān)的模式分離、靈活性學(xué)習(xí)及突觸長時程抑制(Long-term deβression,LTD)中的作用,更是未見任何研究報道。本研究利用通過化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)創(chuàng)建的DG腦區(qū)特異性上調(diào)βCaMKⅡ的βCaMKⅡ-F90G 轉(zhuǎn)基因小鼠(Transgenic mice,TG),實(shí)現(xiàn) 了外源 βCaMKⅡ-F90G在DG腦區(qū)區(qū)域特異性、可逆轉(zhuǎn)、可實(shí)時調(diào)控的過量表達(dá),系統(tǒng)深入研究了βCaMKⅡ在DG腦區(qū)特異性過量表達(dá)對于相關(guān)認(rèn)知功能和突觸可塑性的影響及其機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:1.βCaMKⅡ-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠的靈活性學(xué)習(xí)能力受損八臂迷宮及十字型水迷宮的反向任務(wù)測試結(jié)果表明,βCaMKⅡ-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠的靈活性學(xué)習(xí)能力受損,βCaMKⅡ-F90G特異性抑制劑NM-PP1可以逆轉(zhuǎn)這種受損。而轉(zhuǎn)基因小鼠的情緒、新異物體識別記憶、空間參考記憶及模式分離能力正常。2.βCaMKⅡ-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠DG腦區(qū)內(nèi)側(cè)前穿質(zhì)通路(Medial perforant path,MPP)N-甲基-D-天冬門氨酸受體(N-methyl-D-aspartic acid receptor,NMDAR)依賴的 LTD(NMDAR-LTD)受損離體腦片電生理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,βCaMKⅡ-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠DG腦區(qū)MPP通路NMDAR-LTD受損,這種損傷可被NM-PP1逆轉(zhuǎn)。而其DG腦區(qū)顆粒細(xì)胞(Granular cells,GCs)的基本電生理屬性、基本突觸傳遞能力以及MPP通路非NMDAR依賴的LTD均正常,海馬Schaffer通路NMDAR-LTD也正常。3.βCaMKⅡ-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠DG腦區(qū)NMDAR-LTD過程中CaMKⅡ過度激活,蛋白磷酸酶 1/2A(Proteinphosphatase 1/2A,PP1/2A)活性受損,突觸小體中stargazin過量表達(dá),α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸受體(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor,AMPAR)內(nèi)化及去磷酸化受損Western blotting及活性測定試劑盒的檢測結(jié)果表明,NMDAR-LTD過程中,βCaMKⅡ-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠DG腦區(qū)CaMKⅡ過度激活,PP1/2A活性受損,突觸小體中stargazin過量表達(dá),導(dǎo)致AMPAR內(nèi)化及其GluA1亞基Ser831和Ser845位點(diǎn)的去磷酸化受損,這可能是轉(zhuǎn)基因小鼠NMDAR-LTD受損的原因。NM-PP1可以逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)基因小鼠的上述變化。4.βCaMKⅡ-F90G 轉(zhuǎn)基因小鼠 DG 腦區(qū)蛋白激酶 B(Protein kinase B,Akt)——糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase 3β,GSK3β)通路的活性異常參與了轉(zhuǎn)基因小鼠靈活性學(xué)習(xí)及NMDAR-LTD的受損Western blotting 檢測結(jié)果表明:NMDAR-LTD 過程中,βCaMKⅡ-F90G 轉(zhuǎn)基因小鼠DG腦區(qū)Akt活性過高,引起GSK3β活性顯著受損,NM-PP1可以逆轉(zhuǎn)其Akt-GSK3β通路活性的異常。抑制Akt過高的活性,使GSK3β活性恢復(fù),會使轉(zhuǎn)基因小鼠AMPAR內(nèi)化與去磷酸化、NMDAR-LTD及靈活性學(xué)習(xí)能力的受損均得到一定程度的恢復(fù),表明該通路的活性異�？赡苁且疝D(zhuǎn)基因小鼠靈活性學(xué)習(xí)能力及NMDAR-LTD受損的重要原因之一。綜上所述,DG腦區(qū)βCaMKⅡ特異性過量表達(dá)損害小鼠的靈活性學(xué)習(xí)能力和DG腦區(qū)NMDAR-LTD,提示NMDAR-LTD可能是靈活性學(xué)習(xí)的細(xì)胞突觸機(jī)制。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),CaMKⅡ過量表達(dá)會造成NMDAR-LTD過程中AMPAR內(nèi)化及去磷酸化的受損,而其原因可能是由于CaMKⅡ的過度激活導(dǎo)致PP1/2A活性受損、突觸小體中stargazin過量表達(dá)以及Akt-GSK3β通路活性異常造成。我們的研究首次發(fā)現(xiàn)βCaMKⅡ在靈活性學(xué)習(xí)以及前腦LTD中的重要作用,為揭示CaMKⅡ全酶在學(xué)習(xí)記憶及突觸可塑性中的作用機(jī)制提供了新的重要證據(jù)。
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【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q42
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本文編號：2422704