突触前蛋白CAST/ELKS在突触传递和可塑性中的作用及机制的研究

Synaptic transmission is the most important way neurons used to communicate with each other, is critical for normal brain function. The study of mechanisms of synaptic transmission is the most basic, core research field of neuroscience research. synaptic transmission is tightly regulated by presynaptic active zone proteins, and the underlying mechanisms are still not fully understood. This project makes the hypothesis: CAST/ELKS regulate synaptic transmission and plasticity through regulating the number of voltage-gated calcium channels and synaptic release probability. To test this hypothesis, we use Calyx of Held synapse as a model, employ electrophysiology, electromicroscopy and IHC to study the role and underlying mechanisms of CAST/ELKS on synaptic transmission and plasticity. It will provide more mechanism insights into the regulation of synaptic transmission and plasticity.

突触传递是神经细胞互相传递信息最主要的手段，是大脑发挥其正常功能的重要基础。关于突触传递机制的研究是神经科学中最基础，最核心的重要研究内容。突触传递受突触前活动区蛋白紧密调控，具体的分子调控机制还很不清楚。CAST/ELKS是突触前活动区核心蛋白之一，但是关于CAST/ELKS在突触传递中的具体作用还有争议，特别是在哺乳动物中的作用还很不清楚。本项目提出假说：CAST/ELKS通过调节突触前膜上电压依赖性钙通道数量以及突触释放可能性来调节突触传递及可塑性。为此，本项目以小鼠Calyx of Held突触为研究模型，采用电生理，电子显微镜，免疫组织化学等技术手段，对CAST/ELKS在突触传递和可塑性中的调节作用进行详细的研究，并阐明其机制，为进一步理解突触传递可塑性的分子机制打下基础。

突触传递是神经细胞互相传递信息最主要的手段，是大脑发挥其正常功能的重要基础。关.于突触传递机制的研究是神经科学中最基础，最核心的重要研究内容。突触传递受突触前活动区蛋白紧密调控，具体的分子调控机制还很不清楚。CAST/ELKS是突触前活动区核心蛋白之一，但是关于CAST/ELKS在突触传递中的具体作用还有争议。我们前期研究发现在小鼠Calyx of Held突触中，CAST/ELKS通过调节突触前电压门控钙离子通道数量、囊泡释放可能性、可立即释放池大小等方式调节突触传递和可塑性。本项目采用电生理，电子显微镜，免疫组织化学等技术手段，进一步研究了在突触发育过程中，CAST/ELKS对突触传递、可塑性以及突触发育的调节作用。我们发现在Calyx of Held 突触发育成熟前（P9-11），CAST/ELKS控制突触前膜上不同亚型电压门控钙离子通道的数量，但缺失CAST/ELKS并不影响突触传递、可塑性以及囊泡释放动力学特性。同时我们发现敲除CAST/ELKS导致突触前轴突终末表面积和体积均变小，突触前活动区变大。我们的研究表明CAST/ELKS是控制突触前电压门控钙离子通道的关键蛋白，同时CAST/ELKS也调节突触前轴突终末的形态发育。在突触发育过程中突触传递和可塑性有较强的补偿机制，使其在突触前形态（轴突终末大小）、功能（电压门控钙离子通道数量）受损情况下，仍能保持突触传递和可塑性的正常功能。这为深入理解发育过程中突触的形态功能调节以及发育性神经系统疾病的发病机制奠定了坚实的基础。