前扣带皮层精氨酸甲基化转移酶1通过FMRP调节慢性痛的机制研究

The long-term potentiation of excitatory synaptic transmission in Anterior cingulate cortex (ACC) is tightly connected to chronic pain. PRMT1 is an important protein arginine Methyltransferases, but it’s function in central nerve system kept unknown. Our preliminary results showed that the expression level of cingulate PRMT1 was downregulated by peripheral CFA injection or nerve injury, and downregulation of cingulate PRMT1 by shRNA significantly decreased paw withdraw thresholds of mice. When the expression level of PRMT1 was increased by overexpression virus, peripheral nerve injury did not decreased paw withdraw thresholds, these results suggest that the PRMT1 is involved in the generation and maintenance of chronic pain. previous studies showed that PRMT1 was involved in the methyl modification of FMRP on the arginine residue, and the deficiency of FMRP affect the developments of chronic pain, we therefore hypothesized that the cingulate PRMT1 may regulate the function of FMRP by arginine methylation, which will change the binding affinity to mRNA of gluA1, GluA2 subunits of AMPA receptors, therefore the strengthen of excitatory synaptic transmission is changed, and lead to chronic pain like behaviors. The application would combine different approaches to investigate this hypothesis. The results will help to understand the molecular mechanism of chronic pain, and the function of PRMT1 in the central nerve system.

前扣带皮层兴奋性突触传递长时程增强与慢性痛息息相关，PRMT1是一种重要的精氨酸甲基化转移酶，但它在中枢神经系统中的作用并不清楚。我们前期结果显示，外周注射CFA或神经损伤后，前扣带皮层（ACC）PRMT1的表达水平显著下降，shRNA敲降ACC区PRMT1可显著降低小鼠缩足反射阈值；过表达PRMT1后，外周神经神经损伤不能降低小鼠缩足反射阈值，提示PRMT1对慢性痛的发生、发展有重要作用。有文献报道，PRMT1可甲基化FMRP的精氨酸残基，FMRP缺失小鼠则不能发展出慢性痛，我们推测，ACC区PRMT1可能通过精氨酸甲基化调节FMRP的对AMPA受体GluA1，GluA2亚基mRNA的结合能力，从而调节突触传递的强度及可塑性，导致慢性痛行发生。本课题将结合多种技术手段对这一假说进行研究，实验结果为理解慢性痛的分子生物学机制，以及精氨酸甲基化转移酶1在中枢神经系统中的作用提供重要参考！

前扣带皮层兴奋性突触传递长时程增强与慢性痛息息相关，PRMT1是一种重要的精氨酸甲基化转移酶，但它在中枢神经系统中的作用并不清楚。本课题结合多种技术手段研究精氨酸甲基化转移酶1在慢性痛发生、发展中的作用。.1）发现神经损伤或者外周炎症后，前扣带皮层精氨酸甲基化转移酶1表达下降。利用遗传学手段在前扣带皮层基因沉默精氨酸甲基化转移酶1，该操作导致小鼠的缩足反应阈值下降。在小鼠的前扣带皮层过表达PRMT1后，外周神经损伤或者慢性炎症不会引起小鼠缩足反应阈值下降。说明前扣带皮层精氨酸甲基化转移酶1（PRMT1）下降对慢性痛发生、发展是充分及必要性。.2）在Fmr1野生型（WT）或基因敲除型（KO）小鼠的前扣带皮层基因沉默精氨酸甲基化转移酶1，该操作可以导致野生型小鼠的外周痛觉敏化，但不能导致基因敲除型小鼠的外周痛觉敏化。从而进一步确定FMRP在改变精氨酸甲基化转移酶引起痛行为变化中的作用。.3）利用遗传学技术突变FMRP的甲基化精氨酸位点R533/R538（F533），R543/R545（F543）为赖氨酸位点，在Fmr1基因敲除小鼠前扣带皮层分别表达野生型FMRP，或者R533/R538突变，R543/R545突变FMRP，稳定表达后小鼠的痛行为并不改变。但是外周神经损伤后，表达野生型FMRP的小鼠的缩足反应阈值下降，其他则无变化。该实验一方面提示，前扣带皮层FMRP在慢性痛的发生、发展中起重要作用，另外一方面提示FMRP精氨酸位点在其功能中起重要作用。.4）利用RNA-蛋白质共沉淀技术，在免疫沉淀FMRP后，检测其结合的GluA1, GluA2的mRNA的含量。并进一步利用蛋白质印迹技术检测基因沉默PRMT1后，前扣带皮层突触部位GluA1, GluA2的表达变化情况，免疫沉淀FMRP后，检测其结合的GluA1, GluA2的mRNA的含量。.实验结果为理解慢性痛的分子生物学机制，以及精氨酸甲基化转移酶1在中枢神经系统中的作用提供重要参考。.