βCaMKII過量表達對小鼠海馬齒狀回區(qū)突觸可塑性和學習記憶的影響.pdf

1、鈣離子/鈣調(diào)素依賴的蛋白激酶Ⅱ(Calcium/calmodulin-dependent proteinkinaseⅡ，CaMKII)在學習記憶與突觸可塑性中發(fā)揮了重要作用，α和βCaMKII是前腦中存在的主要亞型。αCaMKII亞型在突觸可塑性中的作用已被廣泛研究，而對于βCaMKII亞型在突觸可塑性中的作用卻知之甚少。現(xiàn)采用海馬齒狀回(dentate gyrus，DG)區(qū)域特異性過量表達βCaMKII的蛋白修飾轉(zhuǎn)基因小鼠，通過離體電

2、生理學和整體行為學技術(shù)，研究了βCaMKII高表達對該腦區(qū)突觸可塑性以及海馬依賴的學習記憶的影響。本課題研究主要包括以下四部分：
　　 1.轉(zhuǎn)基因小鼠βCaMKII蛋白表達的檢測Western bloting的結(jié)果顯示，βCaMKII在轉(zhuǎn)基因小鼠海馬突觸小體的表達量顯著高于對照組，這為我們的后續(xù)工作的開展奠定了基礎(chǔ)。
　　 2.βCaMKII-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠DG區(qū)基本突觸傳遞及齒狀回顆粒細胞的基本電生理特性分析內(nèi)嗅皮

3、層可以通過內(nèi)側(cè)穿通通路(Medial Perforant Pathway，MPP)和外側(cè)穿通通路(Lateral Perforant Pathway，LPP)投射到達齒狀回。MPP和LPP的雙脈沖反應(yīng)分別表現(xiàn)為雙脈沖抑制(Paired-Pulse Depression，PPD)和雙脈沖易化(Paired-Pulses Facilitation，PPF)?，F(xiàn)采用離體腦片場電位技術(shù)，分別比較βCaMKII-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠與同窩對照小鼠D

4、G區(qū)兩條通路的雙脈沖反應(yīng)。結(jié)果顯示：與野生型同窩對照鼠相比，轉(zhuǎn)基因小鼠的MPP通路的PPD現(xiàn)象和LPP通路的PPF現(xiàn)象均沒有發(fā)生顯著的變化，表明βCaMKII在海馬齒狀回區(qū)域的過量表達不影響轉(zhuǎn)基因小鼠MPP和LPP通路突觸前遞質(zhì)釋放功能。
　　 采用離體腦片膜片鉗技術(shù)，分別測定了βCaMKII-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠和野生型小鼠海馬齒狀回顆粒細胞(granule cell)的靜息膜電位(Resting MembranePotenti

5、al，Vm)和電流電壓曲線(Voltage-Current Plot)。結(jié)果顯示均無顯著性差異，提示：βCaMKII過量表達沒有改變海馬齒狀回顆粒細胞的基本電生理特性。
　　 3.不同頻率的刺激對βCaMKII-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠DG區(qū)內(nèi)側(cè)和外側(cè)穿通通路長時程突觸可塑性分析LTD作為長時程突觸可塑性的主要形式之一，被認為是學習和記憶的可能細胞突觸機制。采用離體腦片場電位記錄技術(shù)，研究了βCaMKII在DG特異性過量表達對MPP通

6、路LTD的影響。我們分別采用1Hz，15min和3Hz，5min的低頻誘導(dǎo)方法。結(jié)果顯示，與同窩對照小鼠相比，低頻刺激(1Hz，15min和3Hz，5min)在βCaMKII-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠上都不能誘導(dǎo)出顯著的LTD現(xiàn)象，并且兩組之間有顯著差異。而在相同的刺激條件下，在人工腦脊液中加入βCaMKII-F90G特異性拮抗劑NM-PP1(0.5μM)能補償βCaMKII-F90G轉(zhuǎn)基因鼠海馬齒狀回LTD缺陷。結(jié)果表明過表達的βCaMKI

7、I亞型會減弱海馬DG區(qū)的LTD。
　　 使用5Hz，3min和10Hz，1.5min刺激后，發(fā)現(xiàn)βCaMKII-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠海馬齒狀回的突觸反應(yīng)與基線反應(yīng)相比有所減小，而對照組的卻有所增大，兩組之間有顯著性差異。頻率反應(yīng)曲線顯示在3Hz和5Hz之間，兩組突觸反應(yīng)關(guān)系發(fā)生逆轉(zhuǎn)，并且βCaMKII-F90G小鼠的突觸可塑性頻率反應(yīng)曲線較野生組平緩。以上結(jié)果表明，βCaMKII在海馬齒狀回特異性過量表達使小鼠MPP通路的突觸可塑

8、性受損。
　　 此外，我們還采用1Hz，15min的低頻誘導(dǎo)方法在LPP通路上得到與MPP通路相似的結(jié)果。這也符合LPP通路與MPP通路有類似的突觸可塑性現(xiàn)象，使得“βCaMKII過量表達會減弱海馬DG區(qū)的LTD現(xiàn)象”這一結(jié)論再次獲得驗證。
　　 4.βCaMKII-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠基本行為和海馬依賴的學習記憶的行為學分析在進行學習與記憶相關(guān)行為學檢測前，我們利用開場實驗(open field)和明暗箱(light-d

9、ark transition test)等行為學方法，對βCaMKII-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠的行為及情緒表現(xiàn)進行了檢測。結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)基因小鼠與野生對照組鼠的活動量和探索性無顯著差異，從而可以排除這些因素影響其學習與記憶能力的可能。
　　 為了探明小鼠海馬齒狀回過量表達βCaMKII對海馬相關(guān)的學習記憶功能的影響，我們利用被動回避實驗(passive avoidance test)，發(fā)現(xiàn)βCaMKII-F90G轉(zhuǎn)基因模式小鼠海馬依賴

10、的記憶和消退能力與野生對照組相比均明顯受損。由此推測βCaMKII在海馬齒狀回過量表達可能會損害小鼠的靈活性學習能力。
　　 本研究結(jié)果提示，βCaMKII的過量表達不影響小鼠海馬齒狀回區(qū)的突觸前遞質(zhì)釋放功能和顆粒細胞的基本電生理特性，但βCaMKII參與了海馬齒狀回LTD的形成，并且βCaMKII過量表達對小鼠齒狀回穿通通路的突觸可塑性頻率反應(yīng)曲線產(chǎn)生顯著影響。此外行為學結(jié)果提示，βCaMKII-F90G轉(zhuǎn)基因小鼠海馬依賴的學