JIP1与JIP3协同介导TrkB顺轴突转运及其机制研究

Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) plays a key role in regulation of neurites outgrowth and synaptic plasticity，which function is mainly mediated by the TrkB receptors. Studies have shown that BDNF signaling in neurons depends on its proper transportation and localization at axon tips. Our previous study has proved that JNK-interacting protein 1 (JIP1) and JIP3 could mediate TrkB axonal anterograde transport and cooperate to release the molecular motor kinesin-1 from autoinhibition. In this project, we will continue to investigate that JIP1 and JIP3 cooperate to mediate TrkB axonal anterograde transport in vivo, by using of transgenic mice and sciatic nerve ligation technology. Then the molecular mechanisms for JIP1 and JIP3 cooperating to release kinesin-1 from autoinhibition will be studied by microtubule binding assay and molecular cloning. At last, we will determine whether JIP1 and JIP3 synergetically actived kinesin-1 is suit for anterograde transport of other cargos besides TrkB. This study aims to in-depth study of the precise regulating mechanisms of TrkB axonal anterograde transport, to provide a model for us to understand the regulation of kinesin-1 mediated cargo trafficking.

脑源性神经营养因子（BDNF）在调控神经元突起生长及突触可塑性中发挥着关键作用，它的生物学功能主要由神经元膜表面的TrkB受体介导。研究显示,神经元内TrkB正确转运至轴突末端，对于突触前BDNF信号的实现十分重要。我们前期工作发现，在体外培养的海马神经元中JNK相互作用蛋白1（JIP1）与JIP3都参与TrkB的顺轴突转运，并且它们可以协同解除kinesin-1的自抑制。在此基础上，我们将综合运用基因敲除小鼠、坐骨神经结扎、微管结合实验和分子克隆技术，在小鼠体内进一步明确JIP1与JIP3是否协同介导TrkB的顺轴突转运，并研究JIP1与JIP3协同解除kinesin-1自抑制的分子机制，最终将证实这一双分子调控模型是否适用于TrkB之外其他货物的顺轴突转运。本研究有助于深入认识TrkB顺轴突转运的精确调控机制，并为人们更好地理解kinesin-1介导的货物转运调控提供一个参考模型。

脑源性神经营养因子（BDNF）作为神经营养因子家族的成员之一，在神经元活性依赖的突触功能变化中发挥着十分重要的作用。在脑中，由靶组织所分泌的BDNF可以与位于轴突末端的高亲和性受体TrkB结合，使神经元对靶组织的指令进行应答。所以，神经元内TrkB正确转运至轴突末端，对于突触前BDNF信号的实现十分重要。目前已证实，TrkB的顺轴突转运是在支架蛋白JIP3或复合体Slp1/Rab27B/CRMP-2的介导下结合到马达蛋白kinesin-1实现的。但是马达蛋白需要消耗ATP来介导货物的胞内运输，所以kinesin-1在空载状态下一般是通过自抑制来避免浪费ATP的，对于TrkB装载到kinesin-1上后kinesin-1的自抑制解除机制目前尚无相关报道。在本研究中，我们首先利用购买的JIP1敲除小鼠，借助坐骨神经结扎和活细胞拍照等技术，从多个角度证实了JIP1亦可以调控TrkB的顺轴突转运。其次，我们又借助免疫细胞化学染色技术，活细胞拍照技术，分子克隆技术等证实了JIP1和JIP3可以协同介导TrkB的顺轴突转运。目前已有研究证实，kinesin-1自抑制存在两种机制：第一种，KHC的尾部在空载情况下可以包裹它的马达结构域，进而抑制ADP从马达结构域上释放，使KHC从微管上脱离下来；第二种，KLC可以将两个马达结构域从空间上分离开来，从而抑制kinesin-1以正常形态结合到微管上去。我们通过分子克隆技术和微管结合实验的研究证实，JIP1与kinesin-1的重链KHC和轻链KLC的结合，以及JIP3同时与KLC的结合可以协同解除kinesin-1的自抑制效应，使其可以结合到微管上并进行运输。进一步的，我们再次借助免疫细胞化学染色技术证实了JIP1与JIP3协同解除kinesin-1自抑制的模型适用于TrkB的顺轴突转运过程。最后，我们则利用microfluidic chamber技术和免疫细胞化学染色实验验证了JIP1与JIP3可以通过协同介导TrkB的顺轴突转运调节轴突末端BDNF诱导的TrkB的逆向信号。我们的这些研究将深化我们对TrkB顺轴突转运调节机制的理解，并为我们提供了一个新的kinesin-1的自抑制解除模型。