突觸內NMDA受體介導的神經保護作用的分子機制研究

《突觸內NMDA受體介導的神經保護作用的分子機制研究》是依託浙江大學，由邱爽擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：突觸內NMDA受體介導的神經保護作用的分子機制研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：邱爽
• 項目類別：面上項目

項目摘要

NMDA受體對神經元既有保護作用，而在病理條件下又產生興奮毒性導致神經元損傷。NMDA受體這種功能的兩面性與其突觸定位有關。突觸內、突觸外NMDA受體可以偶聯不同的信號通路，產生促進保護或誘導死亡的作用。但是目前並不清楚不同突觸定位的NMDA受體如何偶聯特定的下游信號通路，以及突觸內、突觸外NMDA受體如何實現功能的彼此影響和制約。我們研究發現，突觸內NMDA受體可以通過徵募接頭蛋白APPL來激活下游PI3K/AKT信號通路。那么,突觸內NMDA受體通過怎樣的機制特異性徵募APPL？另外,APPL作為信息傳遞內體的標記物，主要參與內化受體的信號傳遞，因此,突觸內NMDA受體信號傳遞是否依賴於NMDA受體的內化?該過程是否會進一步影響突觸內和/或突觸外NMDA受體的膜表面表達及功能？上述問題的深入研究將有助於找到增強突觸內NMDA受體保護功能的靶點，為有效治療腦損傷等疾病提供新的理論依據。

結題摘要

在神經系統中，突觸活性調控基因表達是神經元建立其功能特性穩定改變的主要方式，也是形成長時程突觸可塑性和長期記憶的基礎。當神經元突觸部位受到外界信號刺激後，相應的受體或通道將信號傳遞到突觸內，並經過長距離運輸過程將信號轉運至細胞核內以激活轉錄因子調控基因轉錄，從而引起神經元功能長時程的改變。神經元具有極其複雜的樹突結構，對於神經元如何偶聯突觸興奮性與核內轉錄水平的分子機制目前還知之甚少。TrkB受體，是酪氨酸激酶受體家族中重要的成員之一，也是腦源性神經生長因子的受體。那么，TrkB是否可能起到偶聯突觸活性與核內轉錄水平的作用？如果是這樣，那么其內在的分子機制是怎樣的，以及這樣的信息傳遞通路的功能意義如何？ APPL1作為Rab5的效應因子，被認為是早期內體的標記物。APPL1還可以將內化的受體與下游信號通路如PI3K/AKT，ERK等相偶聯，因此APPL1標記的內體又被認為是一類特殊的內體——信號內體。我們早期的研究發現，APPL1在神經系統中可以偶聯N-甲基-D-門冬氨酸（NMDA）受體以及胞內PI3K/AKT信號通路，並對神經元起到保護作用。在本研究中，我們鑑定出一條由APPL1介導的TrkB內體沿樹突的逆向運輸途徑，這條通路在偶聯突觸活性與核內基因轉錄中起到關鍵的作用。首先，利用免疫染色、生化及活細胞成像的方法，我們發現，在海馬神經元中，增強突觸活性可以促進BDNF的釋放並激活TrkB，TrkB隨之內化到含有APPL1的內體中，並進而沿著樹突微管蛋白逆向運輸。然後，我們鑑定出APPL1上存在一個核定位信號，可以與核轉運蛋白Importin α1有直接的相互作用。如果使用多肽干擾APPL1與Importin α1的相互作用，則干擾TrkB及APPL1的逆向運輸。進一步研究發現，APPL1介導的TrkB逆向樹突運輸過程決定了核內ERK的活性，以及CREB磷酸化水平的維持。最後，利用電生理及行為學實驗，我們發現，這一過程還參與了長時程增強（LTP）的維持以及長期記憶的形成。綜上所述，我們的研究提示，在神經元的樹突中，存在一條由APPL1介導的TrkB內體逆向樹突運輸通路，可以將突觸活性信息傳遞到核內，該信號通路也在學習記憶過程中發揮重要的作用。