NMDA受体参与皮层内突触结构和功能的调节

在中枢神经系统内神经细胞的树突棘是突触信息传递的重要部位,树突棘的体积和密度影响神经环路的功能。2007年美国加利福尼亚大学的SilaK．Ultanir等人在皮层NRl亚基（是NMDA受体的必要组分）基因敲除的小鼠上发现NMDA受体对树突棘的发育有重要影响。急性分离出生后三周内小鼠的脑片,用电压钳全细胞记录的方法,发现在皮层2／3层的锥体细胞中,AMPA受体介导的微小兴奋性突触后电流（mEP-SC）的幅度和频率均明显增大。     

细胞间黏附分子5在树突棘发育和突触可塑性中的研究进展

诸多神经精神性疾病的发生均伴有树突棘发育异常。免疫球蛋白超家族成员细胞间黏附分子5(intercellular adhesion molecule 5,ICAM5)是一个通过抑制树突棘成熟,将其维持在丝状形态的跨膜蛋白,它只表达于端脑兴奋性神经元,可能与树突棘发育、突触可塑性乃至学习记忆密切相关。现综述了ICAM5的发现和特征、分子结构、基因结构、在树突棘发育过程中的作用,以及与脆性X综合征等疾病的关系,试图为阐明发育阶段脑神经元异常树突棘形成的机制提供线索。     

帕金森病会表现为母系遗传吗?

<正>答:帕金森病(Parkinson disease,PD)是一种较常见的神经退行性疾病,通常是由于黑质-纹状体多巴胺(Dopamine,DA)能神经元的进行性损害导致的运动功能障碍。目前已经发现多个与家族性PD相关的基因,其中表现为常染色体显性遗传(AD)的基因有:突触核蛋白基因(α-synuclein,SNCA)(PARK1PARK4)、UCHL1基因(PARK5)、LRRK2基因     

Eph/ephrin对树突棘的调控与中枢神经系统疾病

树突棘是神经元树突上的功能性突起结构,通常作为突触后成份与投射来的轴突共同构成完整的突触连接。树突棘的形态与结构具有明显的可塑性,其变化通常会引起突触功能的改变。Eph受体酪氨酸激酶家族分子与其配体ephrin都是重要的神经导向因子,同时对树突棘结构也有直接的调控作用。Eph受体的活化可以促进树突棘的发生并影响树突棘的形态及内部结构;而Eph受体的异常也往往会损害正常的突触功能,甚至导致许多与树突棘结构异常相关的神经系统病变的发生。     

关于mGluR在脆性X综合征发病机制中的研究新进展

脆性X综合征为最常见的遗传性智力低下性疾病之一,是由于FMR1基因异常导致其编码的脆性X智力低下蛋白减少或缺失所致.研究发现脆性X综合征尸解病人和FMR1基因敲除小鼠(KO鼠)神经元树突棘发育不成熟,模型小鼠海马区代谢性谷氨酸受体所触发的长时程抑制(LTD)延长,不成熟的树突棘导致突触功能障碍被认为是脑功能异常的基础.最近的研究表明,应用代谢性谷氨酸受体拮抗剂能改善由FMRP缺失所导致的突触和行为缺陷,表明mGluR功能过度激活可能参与了脆性X综合征的发病过程,但具体机制不明.FMRP是一种mRNA结合蛋白,可作为翻译抑制因子负性调节突触后膜mRNA的翻译和表达.因此推测FMRP缺乏和减少可能导致mGluR激发的mRNA翻译增多,参与神经系统发育的蛋白过度表达,而影响树突棘的发育,但具体机制仍不清楚.本文对mGluR和脆性X综合征的研究历史和最新进展进行了讨论.     

“PKA-Rasgrp2-Rap1”——成瘾行为相关新通路

正蛋白激酶A(Protein Kinase A,PKA)富含于纹状体(striatum)与伏隔核(nucleus accumbens)的"中等大小树突棘神经元"(medium-sized spiny neuron,MSN);MSN分为多巴胺1型受体MSN(D1R-MSN)和多巴胺2型受体MSN(D2R-MSN);PKA位于两类神经元的多巴胺受体下游,其信号传导密切参与成瘾行为。因而,对PKA细胞信号传导通路的深入探索,在阐明成瘾机制及其临床诊疗方面具有重要意义。     

竞争机制介导树突棘的协同修剪与成熟

树突棘是中枢神经系统中绝大多数兴奋性突触的突触后位点。在出生后早期,脑内树突棘大量形成;当个体进入青少年期,脑内树突棘总数逐渐减少,这一过程被称为树突棘修剪,并被认为是神经环路精确化的重要过程。在孤独症谱系障碍、精神分裂症等发育性神经系统疾病中被报道存在树突棘修剪的异常。虽然树突棘修剪的现象已被广泛描述,然而介导该过程的分子机制尚待进一步研究。该研究组近期工作发现,在小鼠触须所对应的感觉皮层,树突棘的修剪与成熟是协同发生的,并且受感觉经验的双向调控。进一步研究发现,神经电活动可以引起相邻树突棘对cadherin/catenin细胞黏附复合物的竞争,导致该复合物的重新分布,并使这两个树突棘的命运产生分化:得到cadherin/catenin复合物的树突棘变得更加成熟而相邻失去这些分子的树突棘变小或被修剪。这一cadherin/catenin复合物依赖的竞争机制为树突棘的协同成熟与修剪提供了特异性,对于理解介导神经环路精确化的机制至关重要。     

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。     

外周输入依赖的嗅球颗粒细胞的突触结构可塑性

活动依赖的突触结构可塑性是学习和记忆的基础.哺乳动物,尤其是啮齿类动物,具有高度发达的嗅觉系统和惊人的气味学习和记忆能力.本研究以CNGA2敲除而导致外周输入缺失的小鼠为模型,研究嗅球内活动依赖的突触结构可塑性.利用特异性的突触前和突触后标记物,发现外周输入缺失减少了突触标记蛋白突触素(synaptophysin)和抑制性突触标记蛋白桥蛋白(gephyrin)在嗅球外网状层和颗粒细胞层中的表达;兴奋性突触标记蛋白囊泡谷氨酸转运蛋白1(VGluT1)的表达水平只在外网状层中有显著下降,而在颗粒细胞层中没有明显变化.进一步通过活体质粒电转标记嗅球颗粒细胞后发现,CNGA2敲除小鼠颗粒细胞上位于外网状层中的远端树突棘密度显著减小,而位于颗粒细胞层中的近端树突棘密度没有明显变化.这些结果表明颗粒细胞上的树-树突触具有对外周活动依赖的结构可塑性,而轴-树突触则无.     

利用CRISPR/Cas9 AAV系统构建纹状体Slc20a2基因敲除小鼠模型

原发性家族性脑钙化症(primary familial brain calcification, PFBC)是慢性进展性的神经系统遗传病,临床症状主要包括运动障碍、认知障碍及精神障碍等,其致病机制尚未完全明确。研究表明SLC20A2是该病最主要的致病基因。由于Slc20a2基因全身性敲除小鼠模型会导致胎儿生长受限,为更好地研究PFBC发病机制,本研究应用CRISPR/Cas9技术构建了纹状体Slc20a2基因条件性敲除小鼠模型。首先,针对Slc20a2基因编码区,设计3条靶向exon3的sgRNA (single guide RNA),通过构建质粒、转染细胞、Surveyor assay等实验验证sgRNA的活性。其次,选取活性较高的sgRNA重组包装AAV-Cre病毒,应用立体定位将AAV病毒定点注射于小鼠纹状体。体外实验结果表明设计的3条sgRNA均能够有效地介导Cas9切割靶DNA。细胞免疫荧光实验结果证实AAV-Cre病毒具有Cre重组酶活性。最后,通过小鼠脑部组织免疫组化、TA-克隆、高通量测序及Western blot方法检测Slc20a2基因敲除效率,发现实验组小鼠纹状体组织Slc20a2表达明显降低。本研究成功设计了3条能够敲除Slc20a2的功能sgRNA,并应用CRISPR/Cas9技术成功构建了纹状体Slc20a2基因条件性敲除小鼠,为研究PFBC的发病机制提供了有效的动物模型。     

赢家通吃:神经环路修剪的竞争机制

人类的大脑约由一千亿个神经元组成,它们通过位于树突棘结构上的突触相互连接,形成庞大的神经网络,主宰着人们的感觉、运动、记忆与情感。这个神经网络并不是一成不变的。发育早期,神经元之间的连接迅速建立;而在个体经由青少年期向成年期转变的过程中,多余的连接经由树突棘的修剪得到清除,神经环路得到优化,从而达到最佳的信息传递与储存效果。树突棘修剪对于大脑的正常功能至关重要,在多种发育性神经系统疾病中均发现了树突棘修剪的异常,但介导该过程的分子机制是基本未知的。中国科学院神经科学研究所于翔研究组的工作发现,发育过程中小鼠感觉皮层的树突棘修剪和被保留树突棘的成熟同时受到感觉经验的双向调控,并协同变化。通过在单个树突棘的水平精细操控细胞黏附水平和神经电活动水平,于翔实验室进一步发现这种协同的成熟/修剪变化是由相邻树突棘间对一类细胞黏附分子——cadherin/catenin复合物——的竞争所介导:竞争到更多此类复合物的树突棘变得稳定、成熟,而失败的一方则被修剪。这一"赢家通吃"的竞争模型为发育过程中神经网络的优化提供了分子机制的解释,拓展了人们对于大脑可塑性的理解,并可能代表了生物系统发育的普遍策略。鉴于树突棘修剪的异常与孤独症、精神分裂症等发育性神经系统疾病密切相关,阐明其分子机制对解析上述疾病的致病机理有重要的理论与临床意义。     

年龄与性别相关的大鼠视皮层树突形态变化

衰老会导致视觉功能的退化,但其潜在的神经机制尚不清楚。通过改良Golgi-Cox染色法,测定了青年雄性、青年雌性及老年雄性与老年雌性4组共20只大鼠视皮层的树突长度和树突棘密度,以研究年龄与性别对视皮层树突形态的影响。结果显示青年雄性大鼠视皮层顶树突、基树突、树突总长度均明显高于青年雌性大鼠,但这种性别差异在老年雌雄组之间并不显著,可能是由于在雄性组之间存在着明显的年龄相关性树突长度减少而在雌性组之间并不存在。青年雄性组的树突棘密度要明显高于青年雌性组,尽管衰老导致了青年雄、雌性组的树突棘密度均明显降低,但老年雄、雌性组的树突棘密度并无显著差异,这可能是由于雄性组的年龄相关性树突密度降低程度要远大于雌性组。由此可见衰老确实能导致视皮层树突形态的退化,这可能是老年性视觉功能衰退的潜在神经机制,但这种退化可能具有一定的性别差异。     

年龄与性别相关的大鼠视皮层树突形态变化

衰老会导致视觉功能的退化，但其潜在的神经机制尚不清楚。通过改良Golgi-Cox染色法，测定了青年雄性、青年雌性及老年雄性与老年雌性4组共20只大鼠视皮层的树突长度和树突棘密度，以研究年龄与性别对视皮层树突形态的影响。结果显示青年雄性大鼠视皮层顶树突、基树突、树突总长度均明显高于青年雌性大鼠，但这种性别差异在老年雌雄组之间并不显著，可能是由于在雄性组之间存在着明显的年龄相关性树突长度减少而在雌性组之间并不存在。青年雄性组的树突棘密度要明显高于青年雌性组, 尽管衰老导致了青年雄、雌性组的树突棘密度均明显降低，但老年雄、雌性组的树突棘密度并无显著差异，这可能是由于雄性组的年龄相关性树突密度降低程度要远大于雌性组。由此可见衰老确实能导致视皮层树突形态的退化，这可能是老年性视觉功能衰退的潜在神经机制，但这种退化可能具有一定的性别差异。     

树突棘的动态变化与调控机制

树突棘是兴奋性突触的主要突触后结构基础,其数量与形态受神经电活动调控,并在整个生命过程中呈现复杂且有序的动态变化。树突棘的动态变化在神经环路的形成和精确化修剪中扮演重要的角色,该过程的异常可导致孤独症谱系障碍、精神分裂症等神经系统疾病。主要综述了近年来关于树突棘形态与数量动态变化的研究工作,包括发育早期的树突棘发生和青春期的树突棘修剪。在此基础上,还简要阐述了介导树突棘动态变化的信号分子,讨论了其与神经系统疾病的关联,并提出了该领域尚未解决的一些问题。     

Rett综合征相关基因MeCP2敲除大鼠模型的构建及分析

MeCP2(Methyl CpG binding protein 2)基因突变可导致Rett综合征(Rett syndrome, RTT)。目前已报道的MeCP2敲除小鼠表型与RTT病人症状存在显著差异。为探索MeCP2在脑发育中的作用及其导致RTT的机制,本研究利用CRISPR/Cas9技术构建了MeCP2基因敲除大鼠模型。通过构建靶向敲除MeCP2基因的载体,体外将Cas9 mRNA和sgRNA显微注射到SD大鼠受精卵中,在MeCP2基因exon2中造成移码突变,从而获得MeCP2基因敲除大鼠。利用测序和Western blotting方法鉴定MeCP2敲除大鼠,并对其表型和行为学特征进行分析,发现MeCP2敲除大鼠体重降低,存在焦虑倾向和认知缺陷。本研究成功构建了MeCP2基因敲除大鼠模型,其表型类似人类RTT患者的症状,为后续MeCP2功能研究提供了更好的动物模型。     

帕金森病中LRRK2的功能

帕金森病(Parkinson's disease,PD)是一种最常见的神经退行性运动障碍,常染色体显性遗传PD可由LRRK2基因的突变引起．总结了LRRK2功能研究的最新成果,分为分子遗传学、表达分布和亚细胞定位、突变体的功能、蛋白质化学、蛋白质动力学、相互作用蛋白和底物、信号传导途径、与突起和突触囊泡蛋白的关系、结构分析、病理和临床特征等10个方面进行论述．指出已有的研究初步阐明了LRRK2突变导致PD的发病机制,提出了治疗PD的新策略,并对未来研究进行展望．     

LRRK2基因与帕金森病

帕金森病是一种复杂的多因素共同作用的神经变性性疾病,遗传因素和环境因素被认为是发病的重要原因。越来越多的研究发现遗传因素在其发病中起着重要作用,而最近LRRK2基因的发现更加确定了遗传因素在帕金森发病中不可忽视的作用。本文对LRRK2基因以及LRRK2基因在帕金森病中的研究做一综述。     

亚硝基化修饰依赖的蛋白酶体降解途径可抑制细胞周期依赖性蛋白激酶5的活性

正突触间的连接受到多种蛋白质的活性与功能的协调配合,细胞周期依赖性蛋白激酶5(Cyclin-dependent kinase 5,Cdk5)的激活在突触形成过程中发挥重要作用,Cdk5的过度激活可通过减少树突棘数量及下调神经元表面受体NMDA的表达导致突触形成障碍。最近,来自香港理工大学的研究团队发现NO可对Cdk5特异性激活子p35进行亚硝基化修饰,进而介导蛋白酶体降解途径下调p35表达,降低Cdk5活性。研究人员发现,在神经元型一氧化氮合酶(nNOS)敲除小鼠中,海马神经元密度及成熟性均显著下降,神经元表面受体     

雌激素替代治疗对大鼠小脑树突棘素表达的影响

目的研究雌激素替代治疗对大鼠小脑树突棘素表达的影响。方法实验选取SD大鼠制作卵巢切除雌激素替代模型,以免疫组织化学,Western blot观察大鼠小脑中树突棘素的表达及其变化。结果免疫组化检测显示：树突棘素存在于小脑的分子层和颗粒层,蒲氏细胞胞浆中也可见的阳性颗粒。假手术组树突棘素阳性略强于雌激素替代组,但无统计学差异：手术安慰剂组中树突棘素阳性显著弱于其他二组。Western blot结果表明：树突棘素在安慰剂组大鼠小脑中表达最低,与其它二组有显著性差异,假手术组和雌激素替代组中树突棘素的表达量无显明差异。结论雌激素对维持大鼠小脑树突棘素的正常水平具有重要的作用。     

谷氨酸受体调控树突棘形态可塑性的研究进展

树突棘是神经元之间产生直接联系的部位,其形态可塑性是记忆的结构基础。谷氨酸信息传递是中枢神经信息传递的主要方式,能产生突触传递效率的可塑性,由此引起树突棘形态的可塑性变化。本文从谷氨酸受体途径的角度对树突棘形态可塑性的调控机制做一综述。谷氨酸受体主要通过其下游信号分子调节棘内肌动蛋白动力学蛋白,参与树突棘的形态发生和稳定。该作用在局部受到不同的蛋白、信号分子、激素、mi RNAs的调节,从而参与生理及病理过程。最后,提出展望,研究脑区特异的局部微环境变化对记忆相关疾病病因及治疗探讨有参考价值。