HDAC7参与海马依赖性记忆的机制研究

Histone acetylation, as one of the epigenetic modifications, plays an important role in long-term memory formation. Recently, many studies showed that histone deacetylases (HDACs) inhibitor treatments could promote memory formation, raising the intriguing possibility that HDACs inhibitors could be used to rescue the memory deficit in multiple neurological disorders. However, because of the diversity and complexity for HDACs in the brain, more works should be done to clarify the roles of individual HDAC in learning and memory. Our previous studies found the levels of HDAC7 in dorsal hippocampus are decreased after contextual fear conditioning (CFC) training, which was caused by the ubiquitination of HDAC7 and involved in long term memory formation. On the basis of these results, we would further examine the role of HDAC7 in different hippocampal dependent memory paradigms by up or down regulating HDAC7 levels; explore the mechanisms of HDAC7 ubiquitination and degradation in CFC formation; and find the histone acetylation site and the target genes regulated by HDAC7. Through these studies, we will better understand the molecular and celluar mechanisms of HDAC7 in regulating hippocampus-dependent memory. Moreover, it will shed light on the development and application of specific HDACs inhibitor.

组蛋白乙酰化修饰等表观遗传学调控在长期记忆形成中发挥重要作用。近期研究发现，使用组蛋白去乙酰化酶（HDACs）抑制剂可以改善记忆，有望今后用于记忆障碍相关疾病的治疗。但是，由于HDACs种类繁多，作用各异，所以有必要深入研究每种HDAC在学习记忆中的具体作用。我们前期研究发现，在海马依赖性记忆范式——环境恐惧记忆（CFC）形成中，HDAC7发生泛素化修饰并降解，而且参与CFC记忆调控。在此基础上，我们将通过下调或上调HDAC7的水平，观察其在海马依赖的不同记忆范式中的作用；明确学习记忆过程中HDAC7发生泛素化修饰降解的调控机制；寻找HDAC7调控组蛋白乙酰化的位点和下游靶基因。以上研究将有助于深入认识HDAC7参与调控海马依赖学习记忆的分子细胞学机制，并为今后临床以HDACs为靶点的抑制剂研发和应用提供新思路。

组蛋白乙酰化修饰等表观遗传学调控在长期记忆形成中发挥重要作用。HDACs是调控去乙酰化修饰的一类重要分子，种类繁多，它们在调控学习记忆中的特异性作用仍有待明确。我们前期研究发现，在海马依赖性记忆范式——环境恐惧记忆（CFC）形成中，背侧海马（DH）HDAC7明显减少，而且过表达或抑制HDAC7可以阻碍或增强CFC长期记忆的形成，提示HDAC7变化是CFC记忆形成的充分必要条件。有意思的是，我们在物体位置识别、Morris水迷宫等海马依赖性记忆的形成过程中，也发现HDAC7的类似作用，提示DH内HDAC7对记忆形成的调控存在普遍性。在此基础上，我们进一步研究发现CFC形成过程中，HDAC7的降低与合成途径无关，而是由于其泛素化降解增强所引起的。通过蛋白质谱筛选，我们发现CBX4可能是介导HDAC7泛素化降解的关键E3酶。体内外co-ip实验证实CBX4与HDAC7间存在直接结合，而且正反向调控CBX4表达可增加或降低HDAC7的泛素化水平，影响HDAC7的含量，进而改变CFC长期记忆的形成。许多蛋白的磷酸化修饰可引起自身构象的变化，进而影响其泛素化修饰。我们的研究发现，CFC记忆形成过程中常见HDAC7磷酸化位点的修饰明显增强，但改变这些位点的磷酸化并不影响HDAC7的泛素化水平。提示HDAC7的磷酸化与其泛素化修饰增强无关，究竟是何种原因触发仍有待进一步研究。通过质谱筛选我们发现CFC后Nur77表达明显增高，且其变化的时间与HDAC7变化重合。进一步研究发现，HDAC7可通过特异性调控组蛋白H4K12位点的乙酰化修饰，影响组蛋白与Nur77启动子的结合，从而改变Nur77的转录。在体功能实验进一步证实HDAC7对CFC记忆的调控作用的确依赖于Nur77。通过本项目研究，明确了HDAC7在海马依赖性记忆形成过程中的生物学作用，阐明了HDAC7与CBX4相互作用发生泛素化降解的调控机制，发现HDAC7通过影响组蛋白乙酰化改变Nur77的转录参与调控记忆形成的过程。以上研究将有助于深入认识组蛋白乙酰化修饰参与调控海马依赖性记忆的分子细胞学机制，并为今后临床以HDACs为靶点的抑制剂研发和记忆干预提供新思路。