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ebet、系统生物医学研究院发现Pyk2抑制场景恐惧记忆的新机制
来源:ebet官网 发布时间 :2021-09-17  阅读次数 :430

2021年9月17日,ebet吴强团队在Journal of Molecular Cell Biology (JMCB)上发表了题为"Pyk2 suppresses contextual fear memory in an autophosphorylation-independent manner"的研究成果,发现Pyk2的非自磷酸化依赖的功能调节基因表达、树突和树突棘的形态建成、以及场景关联的恐惧记忆。

如果把大脑比作星空,那么大脑中的神经元就是星空中的点点繁星。人的大脑拥有约860亿个神经元,神经元和神经元之间通过突触进行连接和沟通,形成一个高度复杂又精密无比的神经网络。如何确保每个神经元处于正确的位置、与正确的神经元形成连接,对于神经网络的高效运转尤为重要。

在小鼠中,58个原钙粘蛋白基因形成三个串联排布的基因簇:Pcdhα、Pcdhβ、Pcdhγ,其中Pcdhα、Pcdhγ由可变外区显子和恒定区外显子编码,而Pcdhβ只由可变区外显子编码,它们主要表达在大脑中,在大脑神经网络的特异性连接中起到重要作用(图1A)。原钙粘蛋白的表达受增强子的调控,CTCF/cohesin通过染色质环挤出方式介导启动子和增强子的远程互作,使得单个神经元能够选择性表达不同组合的原钙粘蛋白质群,形成单个神经元特异性的身份标签密码(图1B)。每个神经元通过不同的身份标签识别“自我”和“非我”,进而确保神经元之间能够正确的形成连接(图1C)。

 

图1. 原钙粘蛋白的多样性以及Pyk2、WAVE信号轴介导的细胞骨架动态变化调节树突的自我回避和树突棘的形态发生

Pcdhα、Pcdhγ的下游信号分子Pyk2,是一个非受体酪氨酸蛋白激酶,主要表达于成年小鼠的海马中。Pcdhα/γ、Pyk2-Rac1、WAVE的信号网路介导神经元的自我避免、树突和树突棘的形态建成、以及神经元迁移过程(图1C)。此外,Pyk2被证明调节LTP和LTD的形成过程,以及参与调节阿尔茨海默病的发生。虽然诸多研究都表明Pyk2对于学习和记忆十分重要,但使用活体小鼠进行的研究证据比较缺乏。

团队利用CRIPSR-Cas9系统构建Pyk2的基因敲出小鼠模型,然后通过水迷宫实验和条件恐惧实验发现Pyk2-/-小鼠具有增强的场景关联的恐惧记忆,Pyk2具有抑制场景关联恐惧记忆的功能;然后,重新在海马中引入Pyk2能够挽救基因敲除的表型;更进一步地利用自磷酸化位点突变的Pyk2Y402F小鼠进行行为学实验,发现Pyk2抑制场景关联的恐惧记忆不依赖其自磷酸化活性;通过高通量技术分析发现,Pyk2敲除导致IEG基因的表达增强;最后分析Pyk2-/-和Pyk2Y402F小鼠中神经元的树突和树突棘形态变化发现,Pyk2-/-具有更复杂的树突形态,更高的树突密度、以及更多的更加稳定的蘑菇型树突棘。

图2. Pyk2抑制场景关联恐惧记忆的分子机制

综上所述,Pyk2通过不依赖自磷酸化的方式,调节基因表达、树突和树突棘的动态变化,最终抑制小鼠的场景关联的恐惧记忆(图2)。本研究阐明了Pyk2在场景关联恐惧记忆中的潜在机理,丰富了学习和记忆形成的调节网络,为进一步研究原钙粘蛋白、Pyk2信号轴关联的精神疾病(如阿尔茨海默病)和恐惧疾病(如PTSD)的病理机制提供参考意义。

ebet博士生郑金为本项研究成果的第一作者,系统生物医学研究院索伦、周雨潇、贾丽玲为共同第一作者,吴强、索伦为共同通讯作者。本研究得到国家科技部、基金委和上海市科委的资助。多年来,ebet和系统生物医学研究院探索多样化的研究生联合培养模式,为我国生命科学事业发展积极贡献科研力量。

 

论文链接:https://doi.org/10.1093/jmcb/mjab057