場(chǎng)景恐懼系統(tǒng)助力APP片段通過(guò)雙重機(jī)制調(diào)控NMDA受體功能研究
論文上線截圖
這篇發(fā)表于《Neuron》的研究揭示了一種由淀粉樣前體蛋白(APP)剪切產(chǎn)生的新型內(nèi)源性肽AETA，作為NMDA受體(NMDAR)的獨(dú)特調(diào)節(jié)因子。AETA通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合NMDAR的共激動(dòng)劑（甘氨酸/D-絲氨酸）位點(diǎn)，抑制其離子通道活性，減少鈣流入，從而抑制經(jīng)典的離子型信號(hào)傳導(dǎo)；同時(shí)，AETA誘導(dǎo)NMDAR構(gòu)象變化，增強(qiáng)非離子型信號(hào)通路，促進(jìn)突觸長(zhǎng)時(shí)程抑制(LTD)和樹突棘收縮。體內(nèi)神經(jīng)元活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)，AETA水平上升；而基因敲除AETA則導(dǎo)致NMDAR信號(hào)異常、LTD缺失及情境恐懼記憶受損，且這些缺陷可被外源性AETA補(bǔ)救。該研究首次揭示了AETA依賴的NMDAR激活機(jī)制，強(qiáng)調(diào)了AETA作為雙向調(diào)控NMDAR離子型與非離子型信號(hào)的內(nèi)源性神經(jīng)調(diào)節(jié)分子的關(guān)鍵作用，為理解腦信息處理及相關(guān)神經(jīng)疾病提供了新視角。
1. AETA通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合NMDARs共激動(dòng)劑位點(diǎn)發(fā)揮特異性抑制作用
作者首先通過(guò)多尺度實(shí)驗(yàn)體系揭示了AETA對(duì)NMDA受體的特異性調(diào)控機(jī)制。圖1A表示描述了h-分泌酶依賴的APP加工過(guò)程。在表達(dá)重組NMDARs的卵母細(xì)胞中（圖1B），100 nM AETA顯著抑制受體電流，而對(duì)照肽無(wú)此效應(yīng)；劑量效應(yīng)實(shí)驗(yàn)顯示（圖1G-H），AETA的抑制作用不受谷氨酸濃度影響，但隨甘氨酸濃度升高而減弱，表明其競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合于共激動(dòng)劑位點(diǎn)。在年輕成年小鼠海馬腦片中（圖1C），10 nM AETA使CA3-CA1突觸的天然NMDAR電流降至基線水平的65%。通過(guò)雙光子鈣成像證實(shí)（圖1D-F），AETA選擇性地減弱NMDAR依賴的樹突棘鈣內(nèi)流。作用機(jī)制研究表明，AETA的抑制效應(yīng)不受谷氨酸濃度影響（圖1G），但隨甘氨酸/D-絲氨酸濃度升高而減弱（圖1H）。進(jìn)一步機(jī)制研究表明（圖1I-J），AETA使甘氨酸劑量效應(yīng)曲線右移，且D-絲氨酸可濃度依賴性地阻斷其抑制作用。持續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)（圖1K），AETA的抑制作用在移除后仍持續(xù)20分鐘以上，且高濃度D-絲氨酸不能逆轉(zhuǎn)該效應(yīng)。這些結(jié)果共同證明，AETA通過(guò)高親和力競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合NMDARs共激動(dòng)劑位點(diǎn)，持久抑制其離子型信號(hào)傳導(dǎo)功能。
圖1.AETA抑制NMDA受體離子遷移活性
2. AETA能夠調(diào)控NMDAR的構(gòu)象變化，進(jìn)而通過(guò)非離子通道依賴的機(jī)制增強(qiáng)長(zhǎng)時(shí)程抑制（LTD），同時(shí)引發(fā)樹突棘的萎縮性改變
接下來(lái)，作者通過(guò)FRET-FLIM技術(shù)證明，AETA（而非對(duì)照肽CtrlP）能誘導(dǎo)GluN1 C端結(jié)構(gòu)域發(fā)生構(gòu)象重排，使熒光標(biāo)記的胞內(nèi)域空間距離縮短，且該作用不依賴NMDAR離子通道活性（圖2A-C）。圖2D-2G顯示，AETA可增強(qiáng)海馬CA3-CA1突觸的LTD幅度，即使在MK801阻斷離子流的條件下仍能促進(jìn)非離子型NMDAR介導(dǎo)的LTD（圖2F-G）。圖2H-2J進(jìn)一步證實(shí)，AETA將高頻谷氨酸刺激（HFU）誘導(dǎo)的樹突棘生長(zhǎng)逆轉(zhuǎn)為萎縮（圖2I-J）。以上結(jié)果表明，AETA通過(guò)改變NMDAR構(gòu)象促進(jìn)其非離子型信號(hào)通路，從而增強(qiáng)LTD并誘導(dǎo)樹突棘萎縮。
圖2.AETA通過(guò)改變NMDAR構(gòu)象、增強(qiáng)其非離子型活性來(lái)促進(jìn)LTD，并誘導(dǎo)樹突棘萎縮
3. 體內(nèi)BACE1抑制可增加內(nèi)源性AETA水平從而增強(qiáng)LTD，且內(nèi)源性AETA的生成具有神經(jīng)元活動(dòng)依賴性
通過(guò)口服BACE1抑制劑LY2811376（圖3A）使內(nèi)源性AETA水平提升2倍（圖3B、3C），并觀察到AETA水平升高與LTD增強(qiáng)相關(guān)（圖3D、3E）；進(jìn)一步利用化學(xué)遺傳學(xué)（hM3Dq/hM4Di）調(diào)控前額葉皮層神經(jīng)元活性（圖3F）發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元激活可使AETA水平顯著增加4倍（圖3G），而抑制活動(dòng)則無(wú)影響（圖3H）。綜上，內(nèi)源性AETA水平受BACE1抑制和神經(jīng)元活性正向調(diào)控，其升高可重現(xiàn)外源性AETA對(duì)NMDAR活性和突觸可塑性的調(diào)控作用。
圖3.通過(guò)體內(nèi)BACE1抑制實(shí)現(xiàn)的內(nèi)源性AETA增加可增強(qiáng)LTD，且內(nèi)源性AETA的生成隨體內(nèi)神經(jīng)元活動(dòng)增強(qiáng)而增加
4. APP/PS1模型小鼠存在谷氨酸受體信號(hào)傳導(dǎo)異常、長(zhǎng)時(shí)程抑制能力喪失以及認(rèn)知功能下降
通過(guò)構(gòu)建APPdelETA小鼠模型（圖4A），證實(shí)AETA缺失導(dǎo)致突變體APP分子量減�。▓D4B）并完全喪失AETA及其前體肽CTF-h（圖4B-D）。電生理記錄顯示，AETA缺失小鼠CA1神經(jīng)元NMDAR sEPSCs頻率異常增高（圖4E-F），外源性AETA可逆轉(zhuǎn)此現(xiàn)象。沉默突觸比例增加（圖4G），且海馬LTD誘導(dǎo)能力缺失（圖4H-I），而記憶測(cè)試中凍結(jié)行為減少（圖4J-L）——這些缺陷均可被AETA重新表達(dá)所挽救（圖4F、4I、4L）。這些數(shù)據(jù)表明AETA是維持NMDAR正常突觸活動(dòng)、LTD及記憶功能的核心調(diào)控因子。
圖4.APP/PS1小鼠表現(xiàn)出NMDAR傳遞功能改變、LTD缺失及記憶力減退
結(jié)論
結(jié)果發(fā)現(xiàn)：淀粉樣前體蛋白（APP）剪切產(chǎn)生的肽段AETA作為新型內(nèi)源性調(diào)節(jié)因子，通過(guò)雙重機(jī)制調(diào)控NMDA受體功能：一方面競(jìng)爭(zhēng)性抑制共激動(dòng)劑結(jié)合位點(diǎn)，減少鈣離子內(nèi)流以抑制經(jīng)典離子通道信號(hào)；另一方面誘導(dǎo)受體構(gòu)象變化，特異性激活依賴p38激酶的非離子通道信號(hào)，促進(jìn)長(zhǎng)時(shí)程抑制（LTD）和突觸棘重塑。研究通過(guò)多尺度實(shí)驗(yàn)證實(shí)，AETA對(duì)含GluN2A亞基的NMDAR具有選擇性調(diào)控作用，其生理水平動(dòng)態(tài)響應(yīng)神經(jīng)活動(dòng)，基因敲除會(huì)導(dǎo)致突觸可塑性與記憶功能障礙。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了NMDAR非離子通道信號(hào)的內(nèi)源性調(diào)控機(jī)制，為理解突觸可塑性提供了新范式，也為阿爾茨海默病等神經(jīng)精神疾病的治療靶點(diǎn)開發(fā)提供了理論依據(jù)。
SA218 場(chǎng)景恐懼系統(tǒng)
場(chǎng)景恐懼實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（FCS）用于小型嚙齒類動(dòng)物（大、小鼠）環(huán)境相關(guān)條件性恐懼實(shí)驗(yàn)研究。嚙齒類動(dòng)物在恐懼時(shí)會(huì)表現(xiàn)出特有的不動(dòng)狀態(tài)（immobility），動(dòng)物在這種情況下傾向于保持靜止不動(dòng)的防御姿勢(shì)�？挂钟羲幒涂怪袠信d奮藥可以明顯縮短不動(dòng)狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間。
標(biāo)簽：
場(chǎng)景恐懼實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
NMDA
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