中枢神经元膜脂PtdIns(4)P在突触后蛋白囊泡运输中的功能研究

The formation, maturation and functioning of synapses rely upon targeted delivery of synaptic proteins and membrane components by the vesicular transport machinery in neuronal dendrites. As major synaptic sites for excitatory inputs, the structural and functional plasticity of dendritic spines is the cellular and molecular basis of learning and memory. However, roles of dendritic trafficking and underlying regulatory mechanisms during synapse formation and activity-dependent plasticity remains largely unknown. Our preliminary data suggest that SNX6, a cargo adaptor for the dynein-dynactin motor, mediates vesicular transport in dendritic shaft and spines. Ablation of SNX6 in mouse central nervous system causes not only a decrease in spine density in apical dendrites of hippocampal CA1 neurons, but also deficits in spatial learning and memory. Previously we have shown that in retrograde vesicular transport from endosomes to the trans-Golgi network, SNX6 mediates release of vesicular cargoes by dynein-dynactin at the target membrane via interaction with PtdIns(P), a Golgi-enriched phospholipid. In this study, In order to investigate role(s) of membrane lipids in dendritic trafficking during synapse formation and synaptic plasticity, we propose to employ cell biology and neurobiology approaches to determine regulatory function of PtdIns(4)P in dendritic plasma membrane and endomembranes in SNX6-mediated targeted delivery of postsynaptic proteins such as GluR1 to synaptic sites.

突触的形成、成熟和功能依赖于神经元树突中的囊泡运输系统输送突触蛋白和膜组分。作为兴奋性突触的主要接收位点，树突棘结构和功能的可塑性是学习和记忆的分子细胞基础，而树突棘突触形成及神经活性依赖的突触可塑性中囊泡运输的作用及调控机制尚未阐明。我们的前期研究提示，动力蛋白dynein-dynactin的货物介导因子SNX6介导树突中囊泡运输。在中枢神经系统中SNX6基因敲除不仅使海马区CA1神经元顶端树突的树突棘密度降低，还导致了小鼠空间学习与记忆缺陷。由于在从胞内体到高尔基体的逆向囊泡运输中，细胞内膜系统中的磷脂分子PtdIns(4)P通过和SNX6相互作用精确调控动力蛋白对货物的卸载，我们计划运用细胞生物学和神经生物学手段，检测树突质膜及内膜系统中PtdIns(4)P对于SNX6介导的突触后蛋白如GluR1向突触位点靶向运输的调控作用，解析磷脂通过调节囊泡运输参与突触形成及可塑性的分子机制。

神经元细胞的突触可塑性是大脑高级功能如学习和记忆的细胞基础。在兴奋性神经元中，突触可塑性的经典形式长时程突触增强（LTP）的表达依赖于突触后蛋白如突触后支架蛋白和谷氨酸递质受体AMPAR的靶向运输。我们的研究旨在探讨膜脂分子PtdIns(4)P和运输调控因子SNX6对于神经活性依赖的突触蛋白运输的调控作用及其作用机制。我们的研究发现，SNX6通过介导突触支架蛋白Homer1b/c从胞体到远端树突的内体囊泡运输，调控兴奋性神经元树突棘的结构和功能，以及长时程学习和记忆。我们的研究还发现，兴奋性神经元树突质膜中的PtdIns(4)P水平受到神经活性调控，在LTP诱导和表达过程中发生动态变化。PI4KIII作为在质膜催化产生PtdIns(4)P的激酶，其质膜定位受到神经活性调控。在小鼠海马神经元中通过降低PI4KIII表达或抑制其活性去除PtdIns(4)P，导致LTP诱导期AMPAR囊泡在树突质膜的胞吐受到抑制，LTP和学习记忆功能受损。这些结果解析了兴奋性神经元树突中新的囊泡运输途径及其功能，并表明树突质膜的PtdIns(4)P代谢通过调控AMPAR囊泡的质膜运输参与突触可塑性以及大脑高级功能，不仅揭示了PtdIns(4)P在神经元细胞中的生物学功能，还为探讨磷酸肌醇这一类膜脂的代谢紊乱在正常衰老和神经退行性病变大脑中的病理功能奠定了基础。