突触蛋白在学习记忆过程中的作用

学习和记忆是脑的高级功能。学习指人和动物获得外界知识的神经过程;记忆指将获得的知识储存和读出的神经过程。突触蛋白(synapsin)是一种与突触结构和功能密切相关的膜蛋白,在突触的可塑性以及长时程增强(long-timepotentiation,LTP)中起着重要作用。而突触可塑性是突触对内外环境变化作出反应的能力,是学习记忆的神经生物学基础。LTP一直被认为是学习记忆的神经基础之一,是突触可塑性的功能指标,也是研究学习记忆的理想模型。该文介绍突触蛋白在学习记忆过程中的作用及机制、突触蛋白在学习记忆研究中的应用。     

CRISPR/Cas9高效敲除突触结合蛋白Ⅰ的电生理学研究

研究一种蛋白质在神经元中的功能,最有效的方法之一是在该基因敲除动物的神经元中确认其表型.传统的用胚胎干细胞建立基因敲除动物模型的方法虽然稳定,但是复杂、耗时.近几年来,一种新型基因组编辑技术——CRISPR/Cas9,能够在不分裂的神经元中高效特异地敲除目的基因.本文研究了用CRISPR/Cas9系统敲除突触结合蛋白Ⅰ(synaptotagminⅠ,Syt1)基因后的小鼠海马培养神经元的电生理学特性.我们设计并构建了Syt1单导向RNA(Syt1 sgRNA)的慢病毒载体质粒,并用编码Cas9和Syt1 sgRNA的慢病毒感染培养的小鼠海马神经元,急性敲除神经元中Syt1基因(Syt1 sgRNA组),并用不靶向任何基因的Scramble sgRNA感染神经元作为阴性对照(Scramble组).通过全细胞膜片钳的方法检测单动作电位诱发的兴奋性突触后电流(single AP-eEPSC)、微小兴奋性突触后电流(mEPSCs)、高糖反应测量的即刻可释放囊泡池(RRP)以及10 Hz串刺激测量的囊泡释放概率(P_r).结果显示,Syt1 sgRNA组神经元丧失了Syt1的功能,并且与Syt1敲除(Syt1 KO)小鼠神经元的突触传递表型相似,而Scramble组神经元的各参数和野生型(WT)小鼠神经元相比没有显著性差异.本文为CRISPR/Cas9技术应用于神经元中基因的急性修饰提供了依据.     

突触囊泡相关磷蛋白：突触素Ⅰ

突触素Ⅰ是突触囊泡表面的一种外在蛋白,是特异性蛋白激酶的底物蛋白质,其分子上有多个位点可被磷酸化,在神经递质稀释过程中起着调节作用。     

突触结合蛋白Ⅰ的胞质片段与磷脂膜的相互作用

突触结合蛋白Ⅰ是神经细胞突触囊泡上的一个膜整合蛋白,C2AB是其具有重要功能的胞质片段.近年的研究表明,突触结合蛋白Ⅰ在钙引发的神经递质快速释放过程中起到钙感受器的作用,它与神经细胞突触前膜的相互作用与其生理功能有关,但是其作用机制还不清楚.利用气/液单层膜技术结合荧光发射光谱和圆二色光谱技术,发现C2AB倾向于插入带负电荷的磷脂膜中(如磷脂酰丝氨酸),而且插膜是钙依赖性的;对于不带电荷的磷脂不插膜.C2AB与膜之间的作用力主要为静电力.荧光发射光谱和圆二色光谱结果显示,它与膜相互作用时二级结构不发生显著变化.结果表明,突触结合蛋白Ⅰ钙依赖的插入负电荷膜特点,可以帮助解释其钙感受器的作用机制.     

长时程突触可塑性中的突触标识

神经元长时程突触可塑性是学习和记忆的基础,神经元长时程突触可塑性的维持依赖于基因的转录和蛋白质合成.然而,这些转录产物和新合成的蛋白质是如何从胞体运输到突触点,还不甚清楚.近年来的研究显示,当长时程突触可塑性发生时,被激活的突触能通过建立突触标记(synaptic tag)来识别、捕捉和利用其所需要的基因产物,以维持突触可塑性的长时程变化.这一过程或现象被称为突触标识(synaptic tagging).本文就近年来突触标识的研究进展作一概述.     

活性依赖的突触抑制和突触稳态的分子机制

常规RNA干涉或基因敲除的功能缺失手段仅仅只是简单地移除某个基因或蛋白,而这个过程常常会掩盖磷酸化对某个特定蛋白的调节。在树突发育和突触功能活性依赖的调节过程中,突触后致密蛋白磷酸化的机制仍然是未知的领域。突触后Rap GTP酶激活蛋白SPAR与PSD95结合,可以促进树突棘的生长并加强突触。Plk2（polo-like kinase2,也称为Snk）是一种受突触活性诱导表达的蛋白激酶,它可以磷酸化SPAR,磷酸化的SPAR通过泛素化．蛋白酶体途径降解,从而导致树突棘和突触的减少。Plk2的诱导表达和随后SPAR的降解是长时间神经活性增强过程中突触强度的稳态抑制（突触剥落）所必需的。有趣的是,SPAR需要被另外一种激酶cDK5磷酸化后才能被Plk2所降解。这种机制通过CDK5对一部分突触进行标记,为由Plk2-SPAR通路抑制或去除这些突触提供了可能的途径,但其分子机制在神经退行性疾病突触丢失中的作用仍需进一步探讨。     

突触小泡膜蛋白与神经递质释放的局部调节

突触小泡膜蛋白及其在神经递质释放过程中的作用已取得若干研究进展.突触素I、SY蛋白、SO蛋白、SB蛋白、SG蛋白等都是突触小泡膜的重要蛋白质,这些蛋白质在突触小泡的贴靠、膜融合及胞吐作用中起着局部自主性调节作用.     

神经递质释放过程中的可溶性NSF附着蛋白受体(SNARE)和相关蛋白

近年来,对突触小泡释放神经递质分子机制的研究迅速发展,发现了大量位于神经末梢的蛋白质.它们之间的相互作用与突触小泡释放神经递质相关,特别是位于突触小泡膜上的突触小泡蛋白/突触小泡相关膜蛋白(synaptobrevin/VAMP),位于突触前膜上的syntaxin和突触小体相关蛋白(synaptosome-associated protein of 25 ku),三者聚合形成的可溶性NSF附着蛋白受体(SNARE)核心复合体在突触小泡的胞裂外排、释放递质过程中有重要作用.而一些已知及未知的与SNARE蛋白有相互作用的蛋白质,可通过调节SNARE核心复合体的形成与解离来影响突触小泡的胞裂外排,从而可以调节突触信号传递的效率及强度,在突触可塑性的形成中起重要作用.     

突触囊泡循环障碍与帕金森病

帕金森病是人类第二大神经退行性疾病,虽然通过对帕金森病遗传家族的研究已发现不少与之相关的致病基因,然而其病因尚不清楚。在已发现的与帕金森病相关基因中,α-synuclein、LRRK2、Parkin、PINK1以及DJ-1也在调节神经元突触前囊泡的神经递质释放以及突触前囊泡循环过程中发挥重要作用。最近的一些研究表明突触前囊泡循环障碍在帕金森病发病过程中扮演重要角色。本文对上述基因在突触囊泡循环以及其突变导致帕金森病病程中的作用作一概述,并推测囊泡循环障碍在帕金森病发病过程中的作用机理,最后指出目前在该研究领域需要解决的一些问题。     

神经元突触前可塑性的结构及分子基础

突触可塑性是神经元间信息传递的重要生理调控机制,它包括突触前可塑性和突触后可塑性.突触前可塑性是指通过对神经递质释放过程的干预、修饰,调节突触强度的过程.突触强度的变化,是通过影响量子的大小,活动区的个数和囊泡释放概率来实现的.而突触前囊泡活动尤为重要：从转运、搭靠、融合至内吞进入下一轮循环,每一步都是由一群互相作用的蛋白质共同完成的.     

集聚蛋白:神经突触和免疫突触中的共同分子

集聚蛋白是一种细胞外基质蛋白其编码基因全长8kb左右,蛋白质分子量为200-600kD。先后发现于电鳐,大鼠,鸡,小鼠及人等机体内,在海马,神经肌接头,雪旺氏细胞,心肌,肾脏等组织均有表达,其在神经突触中的主要作用为引起神经突触后膜的AchR发生集聚和膜结构的稳定,促进神经突触的发育和形成,近来Rupp等人发现集聚蛋白亦在免疫系统中表达,活化T细胞产生的集聚蛋白对T细胞突触的形成,TCR,CD28,CD3等免疫分子和脂筏的集聚起着重要的作用并能明显降低特异性抗原的刺激域值。     

Syntaxin-1通过激活突触递质传递加速早期突触的形成

Syntaxin-1是一种多结构域蛋白,通过与synaptobrevin-2和SNAP-25形成SNARE复合体调节囊泡融合.然而,syntaxin-1在突触形成过程中是否发挥作用,目前尚不清楚.本研究显示syntaxin-1的表达水平与突触形成过程高度相关.Syntaxin-1的R151A和I155A突变影响其在突触形成中的促进作用,而Habc结构域或跨膜结构域在突触形成中无显著作用.结果表明,syntaxin-1通过激活突触囊泡释放来加速突触的形成.     

脊髓背角Ⅱ板层长时程增强诱导及维持过程中的突触形态计量学研究

本研究和体视学方法探讨了在C纤维诱发电位长时程增强(long—-term potentiation,LTP)的诱导及维持过程中的脊髓背角Ⅱ板层的突触形念变化。结果显示(1)在LTP形成后30min,Ⅱ板层内的突触后致密物质(postsynaptic density,PSD)增厚,突触间隙增宽;(2)在LTP形成后3h,PSD厚度、突触间隙宽度及突触界面曲率都有明显增加;(3)在LTP诱导和维持全过程中,总突触的数密度比对照组有明显增高。(4)在LTP形成后3h和5h,穿孔性突触的数密度与对照组比较有明显增高。上述结果显示：PSD增厚是LTP诱导阶段的主要形态学变化。突触界面曲率增人及穿孔突触数目增多是LTP维持阶段的主要形态学基础。     

吗啡对大鼠海马神经元突触传递的作用及机制探讨

目的 :从离子通道角度研究吗啡对中枢神经系统兴奋性及抑制性突触传递的作用并探讨其机制。方法 :　原代培养新生Wistar大鼠的海马神经元。采用膜片钳技术研究吗啡对其兴奋性及抑制性突触后电流及谷氨酸诱发电流的影响。结果 :①吗啡可明显增强海马神经元兴奋性突触传递 ,加吗啡后自发兴奋性突触后电流 (sEPSC)的发放频率增加了 ( 2 0 7.8± 2 0 .9) %。此作用可被阿片受体阻断剂纳洛酮阻断 (P <0 .0 1) ;②吗啡对微小兴奋性突触后电流 (mEPSC)的发放频率及谷氨酸诱发电流的幅度没有明显影响 (P >0 .0 5 ) ;③吗啡可明显抑制神经元自发抑制性突触后电流 (sIPSC) ,纳洛酮可拮抗吗啡作用 (n =13 ,P <0 .0 1)。结论 :实验结果提示吗啡对海马神经元的兴奋作用不是由于吗啡直接作用于兴奋性氨基酸—谷氨酸突触传递过程 ,而是可能由于抑制了抑制性中间神经元 ,间接产生的兴奋作用。     

Synaptotagmin在神经递质释放过程中的作用

神经突触间递质的释放是神经系统完成其生理功能最重要的生物现象之一。在贮存递质的突触囊泡上存在一些神经细胞所特有的囊泡蛋白,如突触素（synapsin）、synaptobrevin和synaptotagmin等。其中synaptotagmins是膜转运蛋白中的一个家族,它们的特征是含有两个钙结合区：C2A和C2B。到目前为止,在哺乳动物中已经发现了15种synaptotagmin同形物（isoforms）。神经递质释放是由Ca^2＋内流以诱导突触囊泡发生胞吐而引起的,Ca^2＋需与细胞内部的Ca^2＋感受器相结合来协同控制囊泡胞吐释放,SynaptotagminⅠ可能作为快速同步释放的Ca^2＋感受器而发挥作用。现在已知synaptotagminⅠ在胞吐和胞吞两个过程中都扮演重要角色。     

胶质细胞在突触形成及突触传导中的作用

近年来,对胶质细胞功能的研究迅速发展.诸多研究都表明胶质细胞不仅为神经元功能发挥提供良好环境,而且还直接影响突触形成及其功能完善.此外胶质细胞也可以通过自身释放化学递质与神经元形成突触联系,参与对神经元兴奋性及突触传导的调节.     

关于长时程增强形成机理的研究进展

长时程增强（ＬＴＰ）现象是信息贮存的客观指标。其形成主要与突触后机制有关。本文就近年来关于ＬＴＰ形成过程中膜受体特征及受体被激活后细胞内的级联反应研究进行了综述，主要包括钙离子道通、蛋白激酶Ｃ以及早期诱导基因与ＬＴＰ的关系。     

在饮水条件反射中大鼠海马CA3区突触效应的变化

我们的工作表明,大鼠在明暗辨别学习过程中海马齿状回有习得性长时程增强(Long-term potentiation,LTP)现象,又CA_3区在大鼠学习和记忆过程有重要作用。本实验观察大白鼠海马CA_3区锥体细胞在条件性饮水反应的建立、巩固和消退过程中其突触效应的变化规律,以进一步探讨习得性LTP的特性,及从突触水平探讨海马CA_3区在学习记忆功能中的作用。     

神经细胞粘附分子与记忆

记忆的形成阶段包含着神经元突触的可塑性变化过程.近年来的研究表明,神经细胞粘附分子可同时增进突触的可塑性和维持突触结构的稳定性.许多研究证实神经细胞粘附分子对与学习和记忆相关的过程起着一定的调节作用.     

高低频强直刺激诱导大鼠视皮层长持续长时程增强后突触超微结构的变化

在发育期大鼠视皮层上以2与100 Hz强直刺激诱导长持续长时程增强(long-lasting long-term potentiation,L-LTP),然后观察突触超微结构的变化.在L-LTP形成后,运用电子显微镜及图像分析技术分析突触形态的变化.实验中观察到,突触界面曲率、突触数密度以及突触后致密物厚度在2与100 Hz组较对照组均显著增加,而突触间隙宽度减小.在100 Hz强直刺激诱导L-LTP组中,单位体积的活性区面积显著增加.100 Hz强直刺激诱导L-LTP组较2 Hz强直刺激诱导L-LTP组中单个突触活性区的面积大.以上结果表明100 Hz强直刺激诱导L-LTP组中新形成的突触较2 Hz强直刺激诱导L-LTP组中的突触大,提示100 Hz强直刺激引起的L-LTP可能伴随有突触后细胞骨架蛋白重组或合成的增加.