突觸可塑性是神經(jīng)元響應(yīng)神經(jīng)活性變化調(diào)節(jié)其突觸傳遞效能的特性，被認(rèn)為是大腦高級(jí)功能學(xué)習(xí)與記憶的細(xì)胞基礎(chǔ)。大腦海馬區(qū)CA1興奮性神經(jīng)元的長(zhǎng)時(shí)程突觸增強(qiáng)（LTP）是突觸可塑性的經(jīng)典形式，其主要特征是神經(jīng)活性依賴的樹突棘膨大及位于樹突棘突觸后膜的谷氨酸神經(jīng)遞質(zhì)受體AMPAR數(shù)量增加，這兩種變化分別代表了樹突棘的結(jié)構(gòu)與功能可塑性。神經(jīng)信號(hào)如何誘導(dǎo)樹突棘產(chǎn)生功能可塑性是一個(gè)重要而有趣的神經(jīng)細(xì)胞生物學(xué)問(wèn)題。以往大量研究聚焦于蛋白質(zhì)分子在突觸可塑性中的功能與作用機(jī)制，而對(duì)于細(xì)胞中另一類重要的生物大分子―脂質(zhì)分子鮮有涉獵。

最近，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所與南京大學(xué)研究人員，運(yùn)用脂組學(xué)、超高分辨顯微成像、快速活細(xì)胞成像、分子遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、電生理及動(dòng)物行為學(xué)等研究技術(shù)，揭示了在發(fā)生LTP的興奮性神經(jīng)元中膜脂分子PI4P的代謝調(diào)控及其在突觸可塑性中的生理意義。

PI4P是生物膜中的低豐度磷脂分子，但具有調(diào)控脂轉(zhuǎn)移和囊泡運(yùn)輸?shù)戎匾飳W(xué)功能。通過(guò)免疫熒光和脂組學(xué)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)小鼠海馬神經(jīng)元中PI4P的含量遠(yuǎn)高于上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞等其他哺乳動(dòng)物細(xì)胞類型，而且神經(jīng)元細(xì)胞質(zhì)膜富含PI4P。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)生LTP的海馬神經(jīng)元中，細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)誘導(dǎo)催化PI磷酸化產(chǎn)生PI4P的激酶PI4KIIIa定位在樹突質(zhì)膜內(nèi)表面，使質(zhì)膜PI4P水平迅速升高。深入研究表明，通過(guò)抑制PI4KIIIa活性急性降低質(zhì)膜PI4P水平可完全抑制LTP誘導(dǎo)期的AMPAR質(zhì)膜表達(dá)，而在小鼠大腦海馬CA1區(qū)敲降PI4KIIIa表達(dá)，可抑制LTP和長(zhǎng)期記憶。該項(xiàng)研究不僅發(fā)現(xiàn)膜脂PI4P的代謝受到神經(jīng)活性調(diào)控，而且揭示了PI4P在AMPAR運(yùn)輸中的調(diào)控作用以及在LTP和學(xué)習(xí)記憶中的生理意義。

相關(guān)研究成果以Activity-dependent PI4P synthesis by PI4KIIIa regulates long-term synaptic potentiation為題于近日在線發(fā)表在Cell Reports上。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科學(xué)技術(shù)部和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）的資助。

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來(lái)源：中科院