CRTC1入核转运偶联神经元活动和CREB基因转录的分子机制及其与突触长时程抑制和遗忘的关系

PTSD is related with forgetting dysfunction. Synaptic long-term depression is crucial in forgetting. Previous research has shown that late phase LTD (L-LTD) involved gene transcription and protein degradation. The preliminary experiment of the applicant showed that CRTC1 can translocate into the nucleus and bind with CREB to activate protein degradation related gene expression, such as autophagy related genes, indicating that this signal pathway may couple the neuronal activity with gene transcription. But, both the specific mechanism of this process and how does it associate with L-LTD or forgetting remain elusive. Focusing on this key scientific problem, this project will use the cultured primary neurons and model mice to study how CRTC1-CREB mediates the activity-dependent gene transcription through ChIP-seq, immune-histochemical, electro-physiological and animal behavior methods. Experiments will be designed from molecular, cellular and animal level, in order to clarify its relationship with AMPAR degradation, L-LTD and forgetting. This is a brand new study, and its completion will help illuminate the molecular mechanism of L-LTD, and provide new targets and scientific basis for drug development of diseases related to forgetting disorder, such as PTSD.

PTSD的产生与遗忘机制失调有关。突触长时程抑制（LTD）在遗忘过程中发挥重要的作用。以往研究表明LTD的晚期（L-LTD）需要基因转录和蛋白降解的参与，而申请人前期预实验结果发现LTD可以诱导CRTC1入核并结合CREB调控蛋白降解（如自噬）相关基因的转录，提示该信号通路可能参与神经元活动和基因转录及蛋白降解的偶联，但具体作用机制及其是否与L-LTD及遗忘相关目前还不清楚。针对这一关键科学问题，项目将利用原代培养神经元和模式小鼠，通过ChIP-seq、免疫组化、电生理和行为学等方法深入研究CRTC1-CREB介导的兴奋性基因转录的作用机制，从而在分子、细胞和在体动物水平系统阐明其与AMPAR降解，L-LTD和遗忘的关系。该研究是一项全新的研究，其完成有利于阐明L-LTD的分子机制这一关键科学问题，并为PTSD等疾病的药物开发提供新的靶点和科学依据。

神经元突触长时程抑制（LTD）是神经元突触可塑性的主要形式之一，与突触长时程增强（LTP）一起被认为是大脑高级功能如学习记忆认知的细胞学基础，无论是LTD还是LTP，在体内都可以维持几天甚至几周。过去的研究发现在LTP的维持（L-LTP）过程中基因转录调控起着十分重要的作用，但对于LTD的长时程维持（L-LTD）的机制，目前还知之甚少。诺贝尔奖获得者Eric Kandel教授早年曾提出L-LTD可能和L-LTP一样也需要基因转录的参与，但由于对基因转录是如何既参与L-LTP又参与L-LTD这两种具有截然不同可塑性调控的机制还不清楚，导致基因转录在L-LTD中的作用目前在领域内还充满了争议，也成为神经元长时程可塑性领域的研究难点。. 本项目通过结合培养的原代神经元和脑片电生理记录，解析了CRTC1和CREB这两个介导L-LTP的转录因子可以被不同的神经活动形式调控。当神经活动诱导LTD时，CRTC1选择性地在Ser-151位点发生去磷酸化，并进入细胞核和CREB一起调控新的自噬基因的表达，最终激活转录依赖性自噬来降解PSD-95等突触后蛋白从而维持L-LTD。认为自噬的发生对于E-LTD和L-LTD都是必须的。在自噬与LTD这一竞争激烈的研究领域，本课题组首次发现神经活动-基因转录偶联可以被不同的神经活动形式调控，从而激活不同的基因来分别支持L-LTP和L-LTD。由于L-LTD失调与阿尔茨海默症、成瘾、自闭症密切相关，该研究具有一定的临床意义，提示转录依赖性自噬可能成为一个针对突触可塑性紊乱相关脑疾病的新的靶点。.