神经元活性调控TrkB受体再循环的机制研究

Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) not only can promote neuron survival, differentiation, dendrites and axon growth, but also plays a key role in regulating synaptic plasticity. The biological functions of BDNF were mainly mediated by the TrkB receptor. Studies have shown that neuronal activity can regulate the effect of BDNF on neurons. BDNF can selectively act on the of neurons with high activity. Our previous study found that neuronal activity can significantly reduce the internalized TrkB being sorted into the degradation pathway, so more TrkB can enter the recycling pathway back to the cell surface. The results suggest that the regulation of neuronal activity on BDNF, to a certain extent, is through increasing the recycling of TrkB receptor to increase its distribution in the cell surface. But the molecular mechanism of regulation of this process is not yet clear. This project will study the molecular mechanisms of neuronal activity dependent TrkB receptor recycling, and the biological functions of activity-dependent TrkB recycling. This study aimed to in-depth study of the molecular mechanism of activity-dependent TrkB recycling and its biological significance, to help our further understanding of the role of BDNF.

脑源性神经营养因子(BDNF)不仅能促进神经元的存活、分化、树突和轴突的生长，而且在调节突触可塑性中起着关键作用，它的生物学功能主要由TrkB受体介导。研究显示神经元活性可以调节BDNF对神经元的作用，使BDNF能选择性地作用于高活性的神经元。我们前期研究发现神经元活性可以显著减少TrkB内吞后进入降解途径，从而使更多的TrkB进入再循环途径回到细胞膜上。这提示神经元活性对BDNF的调节作用，在一定程度上是通过增加TrkB受体内吞后再循环来增加其在细胞膜表面的分布。但是调控这一过程的分子机制目前尚不清楚！本项目将研究神经元活性调控TrkB受体再循环的分子机制，以及这种活性依赖的TrkB再循环对BDNF生物学功能的影响。本研究旨在研究活性调控TrkB受体再循环的分子机制及其相应的生物学意义，有助于我们深入了解BDNF的作用机制。

BDNF不仅能促进神经元的存活、分化、树突和轴突的生长，并且在调节活性依赖的突触可塑性中起关键作用。TrkB在BDNF功能执行中起到非常重要作用。在本部分工作中，我们证明了神经元活性以一种Rab11依赖的方式，调控BDNF依赖的TrkB-FL内吞后的再循环。我们的结果对神经元活性增强TrkB-FL再循环的机制及意义提出了多个创新点。首先，我们发现cLTP可以显著增强TrkB-FL的再循环。我们发现由甘氨酸引发突触后NMDA受体激活的cLTP可以抑制BDNF诱导的TrkB-FL降解，同时加入AP5可以抑制这一现象。实验证实cLTP刺激显著增强内吞后TrkB-FL的再循环，而不是TrkB.T1的再循环。我们进一步证实这种活性依赖性的TrkB-FL再循环依赖于TrkB的激酶活性。cLTP条件下TrkB-FL的活性依赖性再循环会增加膜表面TrkB-FL的量，以此增强BDNF信号传递链对突触可塑性的调控。第二，我们发现Rab11和Rab4分别介导TrkB-FL和TrkB.T1的再循环，从而解释了为什么cLTP刺激后只增加TrkB-FL的再循环。我们本次研究进一步发现，Rab11S25N抑制TrkB-FL的再循环，而激活型的Rab11Q70L能够明显增加TrkB-FL的再循环。Rab4的突变体会抑制TrkB.T1的再循环但对TrkB-FL的再循环没有影响。我们证实cLTP只能特异性的增强TrkB-FL的再循环而不是TrkB.T1的再循环。第三，我们证明了TrkB-FL再循环的增加会导致BDNF诱发的TrkB下游信号的增强，同时促进TrkB-FL在LTP期间向突触后密度区的易位。因此，TrkB-FL 再循环增加导致的PI3K和Erk信号通路的增强可能对LTP调节起作用。而且我们发现，LTP导致的TrkB-FL再循环的增加促进了TrkB向突触后密度移动。第四，我们发现活性形式的Rab11可以增强TrkB和PSD95的相互作用；cLTP刺激可以促进Rab11向其活性形式转换，从而增强TrkB与PSD95的结合。我们第一次证实神经元活性通过Rab11的活性来调节TrkB与PSD95之间的相互作用。第五，我们发现马达蛋白Myo5a与TrkB-FL有相互作用并且介导BDNF依赖的TrkB-FL受体再循环，这种作用依赖TrkB-FL受体的激酶活性。