博尔纳病毒改变大鼠海马H4K5乙酰化所致学习记忆障碍的机制研究

Borna disease virus (BDV) infection is closely related to human mental illness, induces cognitive impairment. Notwithstanding abundant discussion of BDV -driven pathophysiology, it remains elusive to illuminate mechanism of BDV infection from the perspective of chromosome plasticity and histone modification. Our early study found BDV infection interferes with the acetylation on H4K5 and several other histone lysine sites, and disturbs some HATs and HDACs. This study focuses on BDV-infected rat hippocampal neurons and newborn SD rats, explores the possible mechanism of BDV regulating HATs/HDACs and whether BDV disturbs neuronal synaptic plasticity by interfering with H4K5 acetylation (H4K5ac) in vitro; explores whether expression change of H4K5ac induces learning and memory impairment in BDV-infected animals by interfering with neuronal synaptic plasticity-related and learning and memory-related gene expression. The present study aims at finding important mechanism of BDV infection disturbing neuronal synaptic plasticity and inducing cognitive dysfunction from the perspective of histone modification regulating gene expression, and providing the the novel strategy for the prevention and treatment of BDV infection.

博尔纳病毒（BDV）感染和人类精神疾病密切相关，引起认知障碍。虽然对BDV的发病机制进行了大量的探讨，但其确切机制仍不清晰，尤其在染色体可塑性及组蛋白修饰导致发病的层面仍是一个盲区。课题组前期研究发现BDV感染引起H4K5等多个组蛋白赖氨酸位点乙酰化修饰改变及部分乙酰转移酶（HATs）和去乙酰化酶（HDACs）改变。本研究以BDV感染的SD大鼠海马神经元和BDV感染新生SD大鼠为研究对象，在细胞水平探讨BDV调控HATs/HDACs的可能机制，探讨BDV是否通过干扰 H4K5乙酰化（H4K5ac）影响神经元突触可塑性；在整体动物水平探讨H4K5ac改变是否通过影响神经元突触可塑性及学习记忆相关基因表达引起感染动物的学习记忆障碍。本研究拟在组蛋白修饰调控基因表达层面寻找BDV感染引起神经元突触可塑性改变和认知功能障碍的重要发病机制，为BDV感染防治提供新策略。

研究背景：博尔纳病毒（ BDV）具有较强的嗜神经特性，其感染可导致动物认知缺陷和精神行为异常。组蛋白乙酰化在介导染色质重塑和海马依赖的认知功能中起着关键作用。记忆形成的关键是依赖突触功能的可塑性。辛二酰苯胺氧肟酸（SAHA）可引起组蛋白乙酰化上调。经SAHA 治疗可以增强动物记忆形成能力，改善神经退行性疾病所致的记忆缺陷，BDV感染影响神经元特异位点组蛋白乙酰化。因此，探讨 BDV 如何通过表观遗传学导致认知障碍的机制具有重要的意义。. 主要研究内容：1、 检测 BDV 感染大鼠海马神经元细胞后组蛋白乙酰化和突触可塑性的表达水平，探讨 BDV 在神经元细胞中产生的影响。2、观察 BDV 感染大鼠海马组织后，大鼠的认知能力以及组蛋白乙酰化和突触可塑性的改变，探讨 BDV 对大鼠认知功能的影响和相关的机制。3、探讨经 SAHA 作用后，细胞和组织水平发生的改变以及相关的机制。. 重要结果及关键数据：1. H3K9ac为 BDV 引起组蛋白乙酰化的关键位点，PSD95、BDNF、PUM2、VAMP2、SYN1 和 DRD1是与 H3K9ac 相互作用的突触可塑性基因，相关结果在细胞和组织水平的验证具有一致性。2. 水迷宫实验发现 BDV 可诱导大鼠认知功能障碍，BDV 组大鼠穿过平台所在象限的次数明显少于CON 组，而经过 SAHA 治疗后，BDV+SAHA 组能显著逆转，大鼠的认知障碍有所改善。3. BDV 感染导致海马神经元树突分支和树突棘密度显著降低，SAHA 能减轻 BDV 感染产生的影响。4. 膜片钳检测 LTP发现BDV 组大鼠 fEPSP 波形的斜率明显下降，LTP 诱导明显受损，在SAHA 干预后，BDV 所致的 LTP 受损情况明显得到逆转。. 科学意义：1. BDV 感染大鼠海马神经元细胞后，H3K9ac 和突触可塑性基因与蛋白的表达显著降低，BDV通过抑制突触可塑性基因 TSS 的 H3K9ac水平来降低突触可塑性蛋白的表达。2. BDV 感染大鼠海马组织后，大鼠的认知能力与 H3K9ac 介导的突触可塑性的改变具有相关性，说明 BDV 主要通过降低 H3K9ac 损伤大鼠认知功能。3. SAHA 能逆转细胞和动物乙酰化水平，并改善 BDV 所致的大鼠认知功能障碍。