GRK調控神經元樹突發育的機制研究

《GRK調控神經元樹突發育的機制研究》是依託復旦大學，由陳躍軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：GRK調控神經元樹突發育的機制研究
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳躍軍

項目摘要

神經元樹突的發育經歷了樹突長出、分支、延伸、修剪多餘分支和棘突長出等一系列過程，受到多種信號通路的調控和很多調節蛋白的參與，其中Rho 家族小分子鳥苷三磷酸酶 （Rho-GTPases）對肌動蛋白細胞骨架的調控在神經元樹突發育過程中起了非常關鍵的作用，但是其分子機制還遠未研究透徹。G蛋白偶聯受體激酶（GRK）是GPCR信號通路重要的負性調控因子。我們前期的研究證明GRK除了其經典的調控GPCR信號轉導的功能以外，還可以通過直接調控肌動蛋白細胞骨架重構從而影響神經元的樹突發育，但是其分子機制還有待進一步探討。我們的預實驗結果發現GRK調控神經元樹突發育需要Rho-GTPases的參與，並且可以和Rho-GTPases形成複合物。本課題採用原代神經元培養，體內胚胎電轉，RNA干擾等方法，進一步研究GRK調控神經元樹突發育的機制。

結題摘要

腦神經網路的形成和重塑依賴於神經元的形態生成和動態變化。以前的研究提示，神經元細胞骨架重構和細胞質膜的變形兩者均在的神經元形態生成和動態變化中發揮重要作用。但是神經元怎樣協調細胞質膜的變形和肌動蛋白細胞骨架的重構，進而促進神經突起生長和神經網路形成的機制並不清楚。我們的研究發現G蛋白偶聯受體激酶5（GRK5）可以調控神經元的樹突生長、分叉和樹突棘的形成，並且這一作用不依賴於其激酶活性。進一步的研究發現GRK5通過其羧基端的鹼性胺基酸和肌動蛋白細胞骨架結合，引起肌動蛋白細胞骨架的重排，同時其氨基端的鹼性胺基酸通過結合神經元細胞質膜上特異的磷脂PIP2，把重構的細胞骨架引導到PIP2富集的細胞膜區域，從而協調細胞骨架重構和細胞質膜的變形，促進神經元的形態變化和神經元之間連線的形成。GRK5的這種橋樑作用對於神經元的正常發育和神經網路的正確形成非常重要。小鼠敲除GRK5基因後，腦內神經元成熟的樹突棘數量明顯減少。小鼠行為學檢測發現，GRK5-KO小鼠學習能力明顯受損，記憶力減退。這一工作發表在 J Cell Biol 上，被該刊引為研究亮點和封面文章，Science Signaling 雜誌以“GRK5 Goes Neuronal”為題，作為Editor’s Choice予以重點介紹。國際醫學和生物論文評價系統“Faculty of 1000”派發評論，認為我們的工作是“激動人心的新的進步（this paper by Chen et al. represents an exciting new advance）”，並把該論文列為“必讀（Must Read）”論文。這一工作還入選了“2011年度上海十大科技進展”，並被兩院院士評為“2011年中國十大科技進展新聞”。我們的研究還發現RhoA GAP家族蛋白，Myo9B和RICS，通過調控小G蛋白的活性在神經元的形態發育中起了重要作用，這一成果發表在Cerebral Cortex上。我們進一步研究了GRK5蛋白的自身調控機制，發現DDB1-CUL4 E3泛素連線酶複合物調控G蛋白偶聯受體信號分子GRK5的蛋白穩定性和降解，這一工作發表在PLoS ONE上。