G蛋白偶联受体激酶X（GRKx）对海马树突棘形态发育的调控在学习记忆中的作用

G蛋白偶联受体激酶（G protein coupled receptor kinases, GRKs）是GPCR信号通路中的重要调控分子。过去的研究表明GRKs家族的成员在神经系统有分布，可以磷酸化许多神经系统的GPCR，调控它们的脱敏，内化及与其它受体系统间的信号传递。近几年的研究发现GRKs还可以磷酸化和调控其他非受体底物（包括细胞骨架），提示GRKs可能通过多种生物学机制调控神经系统，但是关于GRKs调控细胞骨架在神经系统发挥生理功能仍不清楚。本项目将围绕GRK 家族的重要成员GRKx在海马树突棘发育和学习记忆中的功能，采用原代培养的海马神经元作为细胞模型，结合GRKx基因敲除小鼠脑组织免疫组化和多种动物学习记忆模型，从细胞生物学，形态学和整体行为学等多个方面，明确GRKx对细胞骨架的调控如何影响海马树突棘形态发育以及学习记忆，将为GRKs在神经系统的生理功能提供新的分子生物学机制。

GRK除了磷酸化G蛋白偶联受体使其脱敏外, 还能与其他非受体底物结合, 功能呈现多样性。研究发现GRK5可以调控神经元树突生长以及树突棘的生成和成熟，并且这一过程并不依赖于GRK5的激酶活性，而是GRK5通过其羧基端的碱性氨基酸和肌动蛋白细胞骨架相互作用，并促进肌动蛋白细胞骨架的重排和束状肌动蛋白丝的形成。同时GRK5通过其氨基端的碱性氨基酸与细胞质膜上的PIP2相互作用，从而把束状肌动蛋白丝锚定在细胞质膜上，进而促进丝状伪足的生成和神经元的形态发育。进一步的研究发现，成年GRK5基因敲除小鼠神经元成熟树突棘的数目明显减少。此外GRK5基因敲除小鼠的空间记忆以及对物体的长时程记忆明显受损。这一研究揭示了GRK5作为支架蛋白的激酶活性非依赖的新功能并证实了其在神经元形态发育和学习记忆中的重要作用，该论文以共同第一作者发表在J Cell Biol上。除了在脑组织中大量表达外，GRK5 mRNA在白色脂肪组织中有高表达。GRK5基因敲除小鼠脂肪生成相关基因表达下调，脂肪细胞体内和体外分化能力降低，进一步的研究表明GRK5敲除小鼠糖代谢和脂代谢紊乱，并表现出胰岛素耐受，提示GRK5通过促进脂肪生成基因的转录在脂肪组织发育和代谢综合症的发病中起着重要作用。发表Sci论文两篇。此外，在细胞内干扰GRK5的表达导致分裂中期的细胞数目增多和细胞凋亡。提示GRK5是细胞有丝分裂的重要调控蛋白。发表核心期刊论文一篇。这些结果提示，GRK5连接着信号转导和细胞骨架两个系统，它的功能具有多样性，并且可能通过多种机制如调控细胞骨架，基因转录和细胞周期影响神经系统发育。