PKCι/λ在学习记忆中的作用及其机制研究

论文摘要

学习记忆是大脑的高级功能之一,也是生物体生存和繁衍的重要前提。长时程增强（long-term potentiation,LTP）是突触可塑性的重要细胞模型,被广泛认为与学习记忆享有众多共同的分子与细胞机制。LTP的形成机制非常复杂,涉及许多信号通路和功能蛋白,其中蛋白激酶C（protein kinase C,PKC）起着非常关键的作用。PKC家族成员至少有10个,可以分为三个亚类:传统型PKC（conventional PKC,cPKC）、新型 PKC（novel PKC,nPKC）和非典型 PKC（atypical PKC,aPKC）。海马CA1作为研究LTP的主要脑区,仅表达PKCι/λ和PKMζ两类aPKC。我们课题组的前期工作发现PKCι/λ是LTP早期表达过程中促进AMPA受体膜转运的关键分子,通过信号通路CaMKⅡ—Ras—PI3K能够激活PKCι/λ,从而直接磷酸化AMPA受体GluA1的胞内端S-818位点,促进AMPA受体突触后膜转运。本博士论文的工作是在前期工作基础上,进一步通过敲除PKCι/λ小鼠,来更深入研究PKCι/λ在突触可塑性及学习记忆中的具体作用。本论文的第一部分通过构建PKCι/λ条件敲除（conditional knockout,cKO）小鼠,特异敲除小鼠海马CA1区兴奋性锥体神经元中的PKCι/λ。结果发现:PKCι/λcKO小鼠表现出正常的海马LTP。随后我们通过在LTP诱导后不同时间点,检测海马CA1区aPKC表达量,发现在对照组磷酸化PKCι/λ增多的时间点,PKCι/λcKO小鼠的PKMζ水平有明显上升,提示PKCι/λ cKO小鼠中PKMζ有对PKCι/λ的代偿作用。为了检验这一假设,我们首先使用干扰肽pep2m干扰PKMζ依赖的APMA受体GluA2亚单位与突触后蛋白NSF的相互作用,从而抑制APMA受体在突触后膜的稳定,发现确实翻转了 LTP的增强效应,但该抑制作用在野生型动物发生在LTP后期维持阶段,在PKCι/λ cKO小鼠的该抑制现象却提前到LTP早期表达阶段,提示PKCι/λ cKO后PKMζ替代PKCι/λ在LTP早期表达阶段发挥作用。其次,运用受体上膜阻断剂TeTX不能阻断PKCι/λ cKO小鼠的LTP现象,提示PKCι/λ cKO后LTP的产生可能不依赖LTP早期AMPA受体膜转运,可能是LTP诱导后AMPA受体侧向移位进入突触后膜,并通过PKMζ介导的机制来稳定突触后膜增加的AMPA受体。最后,通过提取LTP诱导后10分钟的突触后膜成分,发现PKCι/λ cKO小鼠的GluA3亚基数目有明显的增多,提示PKMζ依赖的突触后膜AMPA受体GluA3亚基增加替代了 PKCι/λ依赖的GluA1亚基的增加。上述实验结果共同说明PKCι/λ cKO后PKMζ替代PKCι/λ在LTP中发挥作用。在海马CA1区敲除PKCι/λ的动物上,我们未发现海马相关的学习记忆行为异常的表型,似乎提示海马相关的学习记忆行为不依赖海马PKCι/λ。然而,条件恐惧训练后不同时间点检测海马CA1区aPKC表达量,同样发现PKMζ水平有明显上升,提示PKCι/λ cKO小鼠中PKMζ有对PKCι/λ的代偿作用。然而,通过减少学习阶段训练的次数来增加海马相关学习记忆的难度,发现PKCι/λ cKO小鼠表现出空间与恐惧记忆能力的明显减弱,提示PKCι/λ敲除动物中PKMζ对PKCι/λ的这种代偿是不完美的。在本论文的第二部分,我们从大尺度多脑区水平研究记忆系统巩固过程的神经环路机制。我们首先建立了多脑区多通道阵列记录的方法,实现了在体海马及皮层多脑区（前扣带回,前额叶皮层,后顶叶皮层）局部场电位的同步记录,并研究近期记忆向远期记忆的巩固过程中关键脑区间功能联系的改变。发现在近期记忆阶段,海马与多个皮层脑区间存在Gamma频段的耦合（coherence）增强。在远期记忆形成后,皮层脑区间出现了 Theta频段的耦合增强。当把实验动物放回与训练阶段完全一样的场景以唤起记忆时,发现在动物表达恐惧时,海马与前额叶皮层之间的Gamma耦合与皮层脑区间的Theta频段耦合均被唤起且增强。结果表明:在背景相关条件恐惧远期记忆的巩固过程中,出现海马与皮层脑区间Gamma耦合到皮层脑区间Theta频段耦合的转换,与记忆巩固标准模型中提及的脑区间功能联系转换的观点一致,而且在远期记忆唤起阶段,可能存在依赖及不依赖海马的两套记忆提取系统。在此基础上,将在后续的研究中通过对PKCι/λcKO小鼠进行多脑区多通道记录,结合化学遗传的方法,在不同时间点或不同脑区干预PKCι/λ,以此在多脑区环路水平研究PKCι/λ如何参与场景恐惧记忆的巩固与唤起过程。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 盛涛

导师: 陆巍

关键词: 敲除代偿,长时程增强,远期记忆

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 东南大学

基金: 国家自然科学基金(31025011以及31471032),国家重大基础研究计划(2013CB733801以及2010CB912002)

分类号: Q42

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.001887

总页数: 90

文件大小: 2384K

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标签：敲除代偿论文;  长时程增强论文;  远期记忆论文;