Endophilin A1参与树突棘急性结构可塑性的机制研究
批准号:
32070785
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
杨艳蕊
依托单位:
学科分类:
细胞外微环境与细胞间通讯
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨艳蕊
中文摘要
突触可塑性是学习记忆的细胞基础,长时程增强(LTP)是突触可塑性的经典形式。由于活细胞成像技术时空分辨率的局限性,神经活性诱导的LTP起始期树突棘快速膨大的调控机制及功能尚不明晰。我们通过超高分辨活细胞成像发现,LTP起始期树突棘质膜伸展与微丝聚合在时空上高度偶联,而膜结合蛋白endophilin A1(EEN1)基因敲除抑制二者偶联及树突棘快速膨大。此外,钙/钙调蛋白调节EEN1与质膜及p140Cap的结合。树突棘快速膨大不依赖于胞吐但需内陷的质膜及分支状微丝聚合。因此我们提出假说:LTP起始期EEN1作为钙/钙调蛋白直接效应分子,结合至质膜内陷处募集p140Cap促进局部分支状微丝聚合,推动质膜伸展使树突棘快速膨大。我们拟运用超高分辨显微成像及细胞生物学、生物化学、电生理和行为学等手段,解析LTP起始期树突棘快速膨大的分子细胞机制,为急性结构可塑性的调控机制及生理功能提供新见解。
英文摘要
Dendritic spines of excitatory synapses undergo activity-dependent structural and functional plasticity, which are cellular correlates of learning and memory. However, mechanisms underlying the rapid morphological changes immediately following NMDAR-mediated Ca2+ influx into spines remain poorly defined due to the low temporal-spatial resolution of live-cell fluorescence microscopy. By super-resolution microscopic analysis, we found that rapid expansion of spine plasma membrane and actin polymerization in spines are spatially and temporally coupled upon chemical induction of long-term potentiation (LTP), a classic form of synaptic plasticity. Knockout of EEN1, the gene encoding the N-BAR protein endophilin A1, abolishes not only spine enlargement but also the coupling of local rapid membrane expansion and actin polymerization in the initial phase of LTP. Moreover, Ca2+/Calmodulin enhance the binding of endophilin A1 to plasma membrane and p140Cap, an actin cytoskeleton regulator. Intriguingly, rapid spine enlargement requires branched actin polymerization and invaginated plasma membrane but not exocytosis for membrane supply. Based on these preliminary findings, we hypothesize that Ca2+/CaM enhance the association of endophilin A1 with plasma membrane invaginations in spines and its recruitment of p140Cap, an actin cytoskeleton regulator, which promotes local actin polymerization to generate pushing force for rapid membrane expansion of spines in response to Ca2+ influx in the acute phase of synaptic structural plasticity. In this study, we will test the hypothesis to investigate the molecular mechanism underlying acute structural plasticity.
突触可塑性是神经元响应神经活性的变化调节其突触传递效能的特性,被认为是大脑高级功能学习与记忆的细胞基础。中枢神经元树突棘是神经元树突表面伸出的膜状突起,是兴奋性神经递质的主要接收位点。大脑海马CA1兴奋性神经元的突触长时程增强(LTP)是突触可塑性的经典形式,包括结构可塑性与功能可塑性,分别表现为神经活性依赖的树突棘膨大及位于树突棘突触后膜的谷氨酸受体AMPA受体数量增加。神经信号如何诱导树突棘产生结构可塑性是一个重要而有趣的神经细胞生物学问题。前期研究显示endophilin A1(EEN1)在海马CA1区参与小鼠长期记忆过程。继而深入研究表明,LTP信号诱导的树突棘结构可塑性急性期的质膜伸展与微丝骨架聚合部位高度偶联,且二者的偶联依赖于膜蛋白EEN1。神经活动诱导突触后膜NMDA受体开放引发钙内流继而激活钙调蛋白,被活化的钙/钙调蛋白与EEN1结合,一方面增强其与树突棘质膜内表面的结合,另一方面增强与下游效应因子p140Cap的相互作用,通过招募p140Cap及其效应因子cortactin,在质膜下方促进微丝分支状聚合而产生推动力,使树突棘头部迅速膨大。进一步功能性实验发现endophilin A1的功能突变体不能恢复其基因敲除神经元的LTP和小鼠的学习记忆功能。因此,EEN1作为钙/钙调蛋白的直接效应分子,驱动树突棘产生急性结构可塑性,而树突棘急性结构可塑性在LTP和学习记忆尤其是长期记忆维持中具有重要作用。然而,EEN1并不参与摄食行为及能量代谢过程。. EEN1除了促进兴奋性突触可塑性而参与学习记忆尤其是长时程记忆过程外,EEN1敲除小鼠的癫痫易感性增加,且抑制性突触后电位明显降低,因此,EEN1通过调控神经元兴奋/抑制平衡而削弱癫痫等疾病的发生发展呢?. 突触结构可塑性不仅需要微丝骨架的聚合,同时需要质膜重塑,结构可塑性不同时期由不同的分子机制调控,而膜重塑的调控机制研究仍处于初步阶段。膜脂分子构成膜的重要组分,而膜脂在神经系统中的功能尚不清楚。我们研究表明神经元中磷脂分子PI4P含量明显高于细胞系,质膜PI4P在突触可塑性中发挥关键作用。然而,神经活动如何导致质膜PI4P增强及PI4P如何促进突触可塑性等问题值得进一步研究。
癫痫易感性抑制因子endophilin A1稳定抑制性突触结构的机制研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:杨艳蕊
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依托单位:
endophilin A1在突触结构可塑性中的功能研究
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批准号:31571056
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.0万元
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批准年份:2015
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负责人:杨艳蕊
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依托单位:
endophilin A1参与神经元形态发生及结构可塑性的初步探讨
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批准号:30900718
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2009
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负责人:杨艳蕊
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依托单位:
国内基金
海外基金