CaMKII和PKC协同调控NMDA受体功能产生突触可塑性的分子机制研究

CaMKII和PKC为参与长时程增强(long-term potentiation, LTP)诱导发生最重要的两种激酶，它们在LTP发生过程中关系如何？这是上世纪八十年代末期就提出的一个重要问题，至今未得到很好解决。以往的研究提示这两种激酶本身或介导的通路间可能存在对话(crosstalk)关系。近年研究发现CaMKII和PKC对NMDA受体的功能均有调控作用，结合本实验室前期结果，提示CaMKII和PKC信号通路可能通过对NMDA受体的协同调控机制产生对话。本项申请拟在前期研究基础上，综合运用电生理、免疫印迹、免疫共沉淀及免疫荧光化学等方法，结合小分子短肽干扰实验，试图阐明CaMKII和PKC在诱导产生LTP过程中是如何协同调控NR2A、NR2B向PSD部位转位的；PKC自身转运是否依赖其与CaMKII或NMDA受体相互作用等问题。本研究将为揭示这两种激酶的对话机制提供重要实验依据。

长时程增强（LTP）是突触可塑性及学习记忆的重要细胞机制。PKC及CaMKII这两种重要激酶均参与LTP的产生，但两者在可塑性中如何协同发挥作用及其分子机制还不清楚。本课题从两者如何调控NMDA受体的功能入手，观察NMDA受体是否是两者产生协同作用的节点。结果显示：激活PKC可间接激活胞浆内的CaMKII，继而造成CaMKII与NMDA受体的NR2A 或NR2B亚单位结合大大增加，并以CaMKII-NR2复合物的形式共同转运至突触后膜，干扰两者的结合会造成其在胞浆的滞留，并且阻断AMPA 受体介导的突触可塑性的维持，提示两者的结合及相互作用是NMDA受体上膜的关键步骤，而且 NMDA受体上膜可能是维持AMPA 受体介导的突触可塑性所必需的。该工作首次揭示了参与调控NMDA受体上膜的关键信号分子，并且提示NMDA受体上膜对可塑性维持有重要意义（JBC, 2011）。由于以往对NMDA受体在可塑性中的作用的认识多停留在诱导阶段，认为NMDA受体是可塑性诱导的开关及触发因素，而在诱导后的表达和维持阶段的作用认识不多，因此本研究结果具有重要意义。在此基础上，又进一步研究了NMDA受体的转运是如何参与NMDA受体本身介导的可塑性中，以及如何参与甘氨酸受体诱导的双向可塑性。结果发现：诱导AMPA受体LTP及LTD的经典刺激参数也可以同时诱导稳定的NMDA受体LTP及LTD，但这两种NMDA受体介导可塑性的膜转运与表达机制存在明显差异。NMDA受体LTP是由含NR2A的NMDA受体转运上膜介导的，且其出现的时程也相对滞后，而NMDA受体LTD伴有含NR2B的NMDA受体构成增加，但不涉及NMDA受体的内化，可能与受体侧向移位有关。该工作的意义在于首次较系统提出NMDA受体介导可塑性的膜转运与表达机制（Hippocampus，2010）。在海马脑片上，发现低浓度甘氨酸引发NMDA受体电流的LTP，其机制是甘氨酸作用于NMDA受体上的甘氨酸结合位点，引发其转运上膜；而高浓度甘氨酸引发NMDA受体电流的LTD，其机制是甘氨酸分别通过作用于NMDA受体上的甘氨酸结合位点及突触外的甘氨酸受体，分别造成不同程度的NMDA受体内化。结果提示，不同浓度甘氨酸对NMDA受体膜转运的双向调控，是造成NMDA受体介导电流双向突触可塑性的基本机制。