突触后β-catenin调控突触前分化和功能的可逆性机制研究

)：研究突触后逆传信号调控突触前分化一直是神经科学中具有挑战性的难题。然而，我们巧妙地利用神经肌肉突触的特点结合突触前后分别条件性敲除基因技术，在在体小鼠上提供强有力的证据：突触后β-catenin 通过逆传信号途径可能参与调控突触前分化和功能。但是，这种逆向信息传递的信号通路是什么？机制是什么？因此，我们将联合形态学、细胞分子生物学和电生理学的方法和技术回答这些问题。揭示突触后细胞β-catenin 介导突触前分化的机理；明确突触后细胞β-catenin 在在体神经肌肉突触形成过程中的重要作用；阐明Wnt 信号通路蛋白参与调节突触发育过程的意义；进一步为以后研究β-catenin 调节中枢神经系统突触的机制奠定基础。有助于人们进一步了解神经肌肉接头功能障碍的疾病如肌营养不良、肌萎缩侧索硬化等病理生理机制，并为这些疾病的基因治疗和诊断提供新的策略。

神经肌肉接头（NMJ），是一种连接运动神经元和肌肉纤维的突触，它在控制肌肉收缩中至关重要。神经肌肉接头的形成需要运动神经元和骨骼肌细胞之间合理的相互作用。而骨骼肌中的β-catenin已经被证实在神经肌肉接头形成中起着重要作用。 我们之前的研发现：特异性地敲除小鼠骨骼肌细胞中的β-catenin（HSA-β-cat-/- ）会引起出生后小鼠的早期死亡。为了更好地理解其中蕴含的机制，我们原来的计划试图直接从突触前着手研究突触前递质释放的影响，但在实验过程中，我们意外地发现，突触后的膜电位发生了改变，而膜电位得变化可解释HSA-β-cat-/-小鼠由于肺不张而出生后很快死亡的原因。沿着这条线索，我们检测了HSA-β-cat-/-敲除小鼠和同窝对照小鼠骨骼肌细胞的电生理特点。我们发现骨骼肌细胞中β-catenin的缺失，会使膈肌，腓肠肌，趾长伸肌的骨骼肌细胞静息膜电位(RMP)发生去极化。我们进一步在培养的C2C12细胞中转染靶向β-catenin的小片段干扰RNAs（β-catenin siRNAs），被转染的C2C12细胞的静息膜电位同样发生了去极化。我们还发现，无论是体内敲除还是体外敲低骨骼肌细胞的β-catenin都会使钠/钾ATP酶（Na, K-ATPase）α2亚单位（α2NKA）的表达水平减少，而相应细胞中Na, K-ATPase的α1亚单位(α1NKA)和Kv3.4蛋白的表达都没有减少。接下来，我们进一步验证了小鼠骨骼肌β-catenin的缺失引起了转录水平上α2NKA mRNA的减少。根据以上研究结果，我们得出如下结论：1)骨骼肌β-catenin对NMJ的突触后骨骼肌细胞RMP的维持起重要作用；2）骨骼肌细胞β-catenin的缺失引起α2NKA表达减少；3）揭示了β-catenin通过α2NKA调节RMP从而影响骨骼肌正常功能这一可能机制。