调控蛋白质亚硝基化的关键分子GSNOR在神经系统中的功能研究

GSNOR （S-nitrosoglutathione reductase）是调控蛋白质巯基亚硝基化修饰的关键蛋白，在心血管和免疫系统的正常功能及肿瘤发生中起重要作用，但其在神经系统中的功能未知。我们前期工作发现GSNOR过表达导致果蝇学习记忆功能缺陷，并调控学习记忆相关蛋白的亚硝基化；文献报道有认知障碍的唐氏综合症病人和亨廷顿舞蹈症转基因小鼠脑中GSNOR基因表达升高，提示GSNOR在神经系统可能有重要作用。为此，我们构建了与人的学习记忆更为接近的脑组织特异高表达GSNOR转基因小鼠模型，以期利用该小鼠模型，研究GSNOR在学习记忆生理过程和学习记忆损伤病理过程中的作用以及蛋白亚硝基化修饰在学习记忆中的作用，在揭示GSNOR在神经系统中的功能和学习记忆调控的新分子机制方面做出创新发现。研究结果将为学习记忆相关疾病的防治提供新思路，为GSNOR的潜在应用提供科学依据。

GSNOR(S-nitrosoglutathione reductase) 是调控NO代谢和蛋白质巯基亚硝基化修饰的关键蛋白，其在神经系统中的功能未知。文献报道有认知障碍的唐氏综合症病人和亨廷顿舞蹈症转基因小鼠脑中GSNOR 基因表达升高，提示GSNOR 在神经系统可能有重要作用。因此，本项目的目标是研究GSNOR 在学习记忆生理及病理过程中的作用以及蛋白亚硝基化修饰的机制。主要创新结果如下：（1）GSNOR与学习记忆：我们构建并鉴定了脑组织特异高表达GSNOR 转基因小鼠模型，结合水迷宫、Y迷宫、恐惧箱等学习记忆行为学检验，发现GSNOR神经元高表达引起学习记忆缺陷，电生理实验结果表明高表达转基因小鼠表现出海马的长时程增强（LTP）缺陷，进一步研究发现海马中CamkⅡα亚硝基化修饰降低，活性下降，用其特异抑制剂能部分挽回学习记忆缺陷。研究结果为学习记忆相关疾病的防治提供了新分子机制和新思路。（2）GSNOR与神经发育：阐述了GSNOR被神经营养因子NGF通过NF-kappaB显著上调的转录调控分子机制，并结合GSNOR基因敲除鼠模型，我们发现GSNOR高表达抑制神经突触的生长和神经新生，HDAC2去亚硝基化在此过程中发挥重要作用。GSNOR特异的小分子抑制剂能有效增加嗅球区的新生神经元的数目，激活人神经干细胞向神经元的分化能力，为GSNOR 作为学习记忆调控的潜在靶点应用提供了科学依据。（3）GSNOR与神经兴奋性毒性：我们成功构建了神经元兴奋性毒性细胞模型，细胞和转基因动物实验表明，GSNOR抑制神经兴奋性毒性。深入研究发现肌酸激酶的亚硝基化失活参与了兴奋性毒性，而GSNOR能使肌酸激酶去亚硝基化。一氧化氮抑制炎症小体激活。（4）方法和平台：建立了适于细胞、组织等多种类型样品的非标记定量特异亚硝基化组学检测方法。同时，构建了亚硝基化修饰数据库，一年来访问次数达到2647次，为更多人关注和参与蛋白质巯基亚硝基化修饰研究提供了一个高效平台。上述结果进一步验证了本课题组提出一氧化氮生物学功能受NOS-GSNOR“合成-代谢双闸门”调控的思想，表明GSNOR依赖的一氧化氮的代谢调控及巯基亚硝基化修饰在神经发育、学习记忆及神经兴奋性毒性中发挥重要作用，GSNOR可能成为潜在应用的靶点。