G蛋白偶联受体信号分子调控成年神经发生的研究

Adult neurogenesis, a process of generating functional neurons from adult neural precursors, occurs throughout life in restricted brain regions. The proliferation, self-renewal and differentiation of adult neural stem cells are precisely controlled by their intrinsic signals and their microenvironment. However, little is known about its underlying mechanisms. G protein-coupled receptor kinases (GRK) and beta-arrestins serve as negative regulators of GPCR signaling. In the current study, We found that GRK knockout mice, as well as beta-arrestin knockout mice, demonstrate defects in the proliferation of neuronal stem cells in the subgranular zone (SGZ) of the dentate gyrus (DG) in the hippocampus. Further behavioral examinations reveals that beta-arrestin knockout mice exhibit increased anxiety- and depression-like behaviors, which have been previously associated with defects in hippocampal neurogenesis. These findings suggest potential roles of GRK and beta-arrestin in adult neurogenesis. Using GRK or beta-arrestin knockout mice, GRK or beta-arrestin conditional knockout mice, and mice expressing a tamoxifen inducible Cre recombinase under the Nestin promoter or S100b promoter, we proposed to further explore the role of GRK and beta-arrestin in adult neurogenesis.

成年神经发生理论颠覆了以往成年动物脑内没有神经元新生的传统观点，成年神经干细胞的增殖，自我更新和分化等行为受到干细胞本身及其周围微环境的精确调控，但是其分子机制不清楚。申请人一直从事GPCR信号分子GRK和arrestin的功能研究，并提前完成了青年基金项目GRK调控神经元树突发育机制的研究。进一步的研究发现GRK和arrestin基因敲除小鼠SGZ区成年神经干细胞增殖明显受损；成年神经发生相关行为学检测发现，arrestin基因敲除小鼠的情绪调控异常，焦虑抑郁样行为增加。提示GRK和arrestin可能是成年神经发生的重要调控分子。我们拟利用GRK，arrestin基因敲除小鼠和条件性敲除小鼠，结合神经干细胞特异表达Cre (Nestin-CreER)和星形胶质细胞特异表达Cre (S100b-CreER)的工具鼠，进一步研究GRK和arrestin在成年神经发生中的作用及机制。

成年神经发生理论颠覆了以往成年动物脑内没有神经元新生的传统观点，成年神经干细胞的增殖，自我更新和分化等行为受到干细胞本身及其周围微环境的精确调控，但是其分子机制不清楚。我们的研究发现G蛋白偶联受体信号分子arrestin 1基因敲除小鼠SGZ 区成年神经干细胞增殖明显受损；成年神经发生相关行为学检测发现，arrestin基因敲除小鼠的情绪调控异常，焦虑抑郁样行为增加。提示G蛋白偶联受体信号分子arrestin 1可能是成年神经发生的重要调控分子。进一步的研究发现在β-arrestin1基因敲除小鼠SGZ区的胶质细胞内表达野生型β-arrestin1蛋白，而不是缺失核内功能的β-arrestin1突变体，可以解救β-arrestin1敲除后神经前体细胞分裂减少的现象。胶质细胞和神经球体外共培养实验发现，和野生型小鼠来源的胶质细胞相比，β-arrestin1基因敲除小鼠的胶质细胞在促进神经球的生长的能力上明显减弱。β-arrestin1敲除后很多和干细胞微环境相关的基因的表达发生了异常。这些结果提示β-arrestin1可能是通过调控胶质细胞的功能从而调节了成年海马神经干细胞的微环境，进而促进成年海马神经发生的，并且这一作用和β-arrestin1的核内功能有关。这一研究的部分内容发表在Scientific Report上。我们的研究还发现G蛋白偶联受体分子GRK5调控了TNF-alpha介导的信号转导，并且这一作用和其调控c-FLIP的蛋白表达有关。我们在学习记忆研究中也有新的发现，我们的研究发现，基底外侧杏仁核中小G蛋白Rac1的活性参与了恐惧记忆的长时程记忆和短时程记忆。这些研究的部分内容发表在Frontiers in Molecular Neuroscience上