神经元活性对TrkB受体再循环的调节作用及其机制研究

摘要

脑源性神经营养因子(BDNF)对于调控活性依赖的突触结构和功能起着至关重要的作用。BDNF与TrkB受体结合后,激活TrkB受体自身的酪氨酸激酶活性,继而激活下游磷脂酶Cy (PLCy)、磷脂酰肌醇-3-激酶(P13K)和细胞外信号调节激酶(Erk)等一系列胞内重要的信号转导通路,介导其生物学效应。BDNF在调节突触的可塑性过程中起关键作用,通过激活TrkB受体,其能加强早期和晚期的LTP。全长型TrkB受体(TrkB-FL)和一种截短型TrkB异构体-TrkB.T1在结合BDNF后进入不同的内吞后分选途径：TrkB.T1进入默认(default)的再循环途径,而TrkB-FL的分选则基于一种依赖内涵体相关蛋白HRS的特殊的调节机制,并且这种调控同时依赖于TrkB自身的激酶活性,提示TrkB的内吞后的命运存在精密的调控机制。为了研究神经元活性对TrkB受体再循环的影响,我们设计了膜表面生物素检测受体降解及免疫荧光定量分析受体再循环等实验,分析了神经元活性对TrKB受体再循环的作用及其对神经元生物学功能的影响。研究结果如下：1.神经元活性抑制BDNF诱导的TrkB-FL受体向降解途径的分选在基础状态下,BDNF刺激可以导致膜表面TrkB-FL量在一个小时内迅速下降,而在Gly诱导的cLTP模型中,TrkB-FL的的含量无明显下降,这一过程并非由TrkB转录增加所引起,而是膜表面TrkB的降解减少导致。2. cLTP促进TrkB-FL的再循环而不影响TrkB.T1的再循环通过可裂解生物素实验和免疫荧光定量分析进一步证明：活性条件下,TrkB-FL降解的减少是由于更多的TrkB-FL内吞后进入再循环途径回到细胞膜上,而TrkB.T1不受神经元活性的影响。3. TrkB酪氨酸激酶区对其活性依赖的再循环至关重要我们构建了缺失TrkB不同区域的突变体：△CT(缺失C末端),ΔTK(缺失酪氨酸激酶区和C末端)和KD,通过免疫荧光定量分析实验证明TrkB△CT的再循环是活性依赖性的,TrkB△TK的再循环则不受活性调控。4. TrkB-FL和TrkB.T1分别由Rab11和Rab4介导的再循环首先通过免疫共沉淀实验证实Rab11能够与TrkB-FL结合,并且GDP结合形式的Rab11竞争性的结合TrkB, TrkB.T1不能与Rab11结合。然后通过免疫荧光实验发现cLTP促进再循环的TrkB-FL与Rab11的共定位。构建Rab11S25N, Rab4S22N质粒模拟失活型的Rab11和Rab4,通过免疫荧光定量分析及膜表面生物素实验证实TrkB-FL和TrkB.T1的再循环分别由Rab11和Rab4介导。5. cLTP状态下增加的再循环促进BDNF激活TrkB下游信号转导cLTP刺激显著增强1h时间点BDNF诱导的ERK及AKT信号通路。而转染Rab11siRNA的神经元其ERK, AKT磷酸化水平降低。此外,Rab11的敲除会消除cLTP刺激后BDNF诱导的TrkB下游信号增强。6. cLTP状态促使TrkB再循环囊泡向树突棘处转运免疫荧光染色发现BDNF刺激后树突棘头部处TrkB增多。进一步的实验将再循环的TrkB与PSD95染色,结果显示活性状态下再循环的TrkB-FL与PSD95的共定位增多,失活型的Rab11抑制这种共定位。7.激活型的Rab11调控TrkB和PSD95间的相互作用通过免疫共沉淀实验证明改变Rab11的活性,可以影响TrkB进入突触后与PSD95的结合能力,其中持续激活形式的Rab11突变体Rab11Q70L增强TrkB/PSD95的结合。Rab11与PSD95间也有相互作用,只有Rab11Q70L可以与PSD95结合。神经元活性下GTP形式的Rab11增多,因而促进TrkB/PSD95的结合。结论：我们证实神经元活性增强TrkB-FL再循环,并且TrkB酪氨酸激酶区域对这种活性依赖性的再循环至关重要。此外,TrkB-FL与TrkB.T1的再循环分别受Rab11和Rab4的调控。最后LTP状态下TrkB再循环的增多,会促进TrkB-FL向突触后密集区的转运。

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ABSTRACT

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实验材料

实验方法

实验结果

附图

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参考文献

致谢

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