Shp2在突触稳态可塑性中的调控和功能研究

Homeostatic plasticity, also known as synaptic scaling, is of great importance in maintain neuronal circuit stable and adjacent to balance by neutralizing effects induced by long lasting synaptic strength changes. Recently, Shp2 has been unraveled playing an important role in synaptic plasticity and learning and memory. However, the molecular role of Shp2 in homeostatic plasticity yet remains largely unknown so far. Futher understanding in regulation of Shp2 in synaptic scaling should throw light on the development of therapeutic approaches to mental diseases associated with dysfunctional Shp2 such as Noonan syndrome. Using biochemical, genetics and cell image approaches, we found that the activity of Shp2 is bidirectionally regulated by synaptic scaling. Moreover, Our preliminary results show that activation of Shp2 is required for elevated surface expression of AMPA receptors induced by synaptic scaling up. Based on our results and previous studies, we are planning to take advantage of slice electrophysiological approaches and behavior text , to elucidate Shp2’s functional role in synaptic scaling from three levels: regulation, molecular mechanism and in vivo exploration. In sum, our study will expand the function role of Shp2 in synaptic regulation, thereby advancing our understanding of homeostatic plasticity.

突触稳态可塑性对于维持神经环路稳定，制衡长时程的突触强度改变带来的负面作用具有重要意义。最近研究揭示，Shp2在突触可塑性和学习记忆中发挥重要的调控功能。然而，目前我们对Shp2在突触稳态可塑性中的调控功能所知甚少，对其进一步阐释有助于我们有针对性地治疗和Shp2失调相关的神经系统疾病，例如Noonan综合征等。应用生物化学、遗传学、细胞成像手段，申请人发现Shp2活性在突触稳态可塑性中呈双向调控，同时，申请人在前期研究结果显示Shp2的活化对于突触稳态上调导致的含有GluA1的AMPA受体膜表面表达是必需的。基于上述主要结果和相关文献挖掘，我们计划应用脑片电生理、行为学等实验方法，从调控模式、分子机制、整体动物三个层面研究Shp2在突触稳态可塑性中的功能，从而推进我们对于Shp2在突触调控中的功能意义及突触稳态可塑性的分子机制的理解。

突触稳态可塑性与突触可塑性作用机制中涉及到许多相同的信号分子，但目前我们对于在突触可塑性和学习记忆中发挥重要调控功能的Shp2，是否也参与了突触稳态可塑性的调控以及其确切机制并不清楚。我们的实验首先发现，在体外培养神经元上，长时间河豚毒素（TTX）或荷包牡丹碱（Bic）处理，可以时间依赖性的上调或下调GluA1 S845磷酸化水平和AMPA受体膜表面表达，诱导突触稳态上调或下调模型。其次，通过体外磷酸酶活性检测和免疫印迹分析发现， Shp2磷酸酶水平在突触稳态上调时显著升高，在突触稳态下调时显著下降；通过运用细胞组分离和细胞成像技术进一步发现Shp2在突触稳态可塑性上调或下调过程中与PSD95存在动态的相互作用从而富集到突触功能区或扩散到突触外。此外，我们发现努南综合征相关的Shp2 D61G突变，与PSD95结合更紧密，阻断突触稳态下调过程中其向突触外扩散，阻断AMPA受体内化进而影响突触稳态下调。最后，通过药理学和遗传学改变Shp2活性，我们发现Shp2的磷酸酶活性降低或增加对于突触稳态可塑性上调或下调过程中AMPA受体膜表面表达的改变是必须的，通过生化手段重复验证GluA1 表达和pS845磷酸化水平、Shp2磷酸酶水平在上述过程中的改变得到一致结果。本项目明确了Shp2磷酸酶活性受到突触稳态可塑性的双向调控，发现了Shp2通过与PSD95动态相互作用，介导突触稳态可塑性双向调控过程中AMPA受体的膜转运。本项目推进了我们对Shp2在突触调控中的功能意义及突触稳态可塑性的分子机制的理解。