【摘要】：認知能力包括學習、記憶鞏固是由蛋白合成、定位、組裝和降解水平多層面的調節(jié)決定的。電活動依賴的突觸可塑性是指突觸傳遞效能和傳遞強度的動態(tài)變化。電活動依賴的突觸可塑性被認為是學習記憶形成的重要機制。在哺乳動物中研究最廣泛的突觸可塑性模型是長時程增強(long-term potentiation,LTP)和長時程抑制(Long-term depression,LTD) 。長時程增強(LTP)和長時程抑制(LTD)都產生于海馬的興奮性突觸部位。而且,LTP是電活動依賴的突觸效率的增加,它被認為是學習記憶的分子機制。突觸可塑性包括突觸傳遞的兩個關鍵過程的改變：神經遞質從突觸前神經元釋放,和信號被接收傳導到突觸后神經元。然而信息的長期存貯至少部分是通過神經元間連接結構的改變和離子通道型受體／代謝型受體的平衡改變,如樹突棘的結構和數(shù)目的改變。相應的許多突觸后致密區(qū)蛋白也隨之發(fā)生結構和功能的變化。因此,最近關于伴隨可塑性突觸結構的研究引起更多的關注。樹突棘是樹突分枝上的棘狀突起,是神經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)介導的蛋白降解作為繼蛋白合成,蛋白修飾和蛋白轉位之后一樣重要的途徑調節(jié)突觸結構和功能。研究表明泛素蛋白酶體系統(tǒng)(UPS)介導的蛋白降解參與海馬突觸傳遞LTP的誘導和學習記憶相關。因而理解突觸傳遞怎樣調節(jié)記憶形成和電活動依賴的突觸結構怎樣調節(jié)神經網絡活動很重要。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胞核和突觸之間的交流,從而啟動新基因的轉錄表達。因而,我主要研究了兩個相關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SPAR對LTP的影響；2)公認的突觸-核信使蛋白Jacob在突觸可塑性中的作用。SPAR蛋白是樹突棘相關的Rap特異性GTP酶活化蛋白,是一種actin調節(jié)蛋白和突觸后致密區(qū)蛋白。它對樹突棘形態(tài)調節(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亞型形成復合體,從而直接影響NMDA受體下游的信號傳遞過程。電活動誘發(fā)的Plk2與突觸后蛋白SPAR之間的聯(lián)系能指導新樹突棘的形成,這一結果提示SPAR的降解是神經電活動依賴性的樹突棘形成和消除的一個關鍵步驟。在本論文的第一部分,突觸后致密區(qū)蛋白SPAR在LTP誘導后的降解途徑被標記。在急性分離的海馬腦片中過表達增強型綠色熒光蛋白標記的SPAR蛋白。我們發(fā)現(xiàn)LTP誘導能引發(fā)UPS依賴的SPAR-eGFP蛋白熒光強度減弱。抑制CDK5和蛋白合成都能阻礙LTP誘導引起的SPAR蛋白的降解。我們還發(fā)現(xiàn)LTP能誘導的SPAR蛋白降解含有不依賴于蛋白質合成的方式,并且這種方式需要UPS和NMDA受體的激活而不需要CDK5激活。因此,LTP通過兩種互補機制引發(fā)SPAR蛋白水平的下調,其中之一已被報道可介導可塑性的穩(wěn)態(tài)。在本論文的第二部分,研究了突觸-核信使Jacob蛋白調節(jié)突觸傳遞的機制。Jacob是一個新的突觸后致密區(qū)蛋白,它被認為是神經元鈣離子敏感受體Caldendrin的相互作用蛋白。早期研究表明NMDA受體誘導后,Jacob蛋白向細胞核遷移,導致突觸斑的快速脫落和樹突形狀的快速改變。在本實驗中,我們運用激光共聚焦成像和電生理的技術實時監(jiān)測LTP誘導后Jacob-eGFP蛋白的熒光強度變化。我們發(fā)現(xiàn)Jacob在誘導LTP而非LTD的強直刺激下迅速遷移到細胞核。免疫組化實驗也進一步證實了Jacob蛋白在LTP的誘導下從近胞體段樹突向細胞核中積聚。構建該蛋白180位絲氨酸突變體：磷酸化和非磷酸化突變體(△Myr-S 180D-Jacob-GFP和△Myr-S 180A-Jacob-GFP);核定位序列突變體(△NLS-Jacob-GFP),并通過通過全細胞膜片鉗實驗檢測野生型和突變體的微小興奮性電流(m EPSC),我們發(fā)現(xiàn)野生型WT-Jacob-GFP能提高突觸強度和增加自發(fā)性神經遞質的釋放頻率,而△ Myr-S180D-Jacob-GFP更能增加興奮性微小電流的幅度但是不增加自發(fā)性神經遞質的釋放頻率。這些結果提示我們突觸-核信使蛋白Jacob在突觸傳遞中起很重要的作用�？傊�,認知能力包括學習和記憶的鞏固是一個復雜的調控過程。我們希望我們的研究為學習和記憶的機制的研究提供新的實驗數(shù)據(jù)。
【學位授予單位】：復旦大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：R338

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本文編號：2742558