TSA增强兴奋性突触传递及其机制

论文摘要

表观遗传学（epigenetics）是研究没有DNA序列变化并且可以遗传的基因功能变化之学科。乙酰化修饰是表观遗传学中一种重要的基因转录调控方式。大量关于组蛋白乙酰化修饰的研究表明,这种修饰参与了可逆性的基因转录和染色体活性的调节,被认为是许多肿瘤、慢性阻塞性肺疾病、炎症免疫性疾病等发生的重要机制。组蛋白乙酰化受一对功能相互拮抗的酶一组蛋白乙酰化酶（histoneacetyltransferases,HAT）和组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylases,HDAC）的共同调控,分别对组蛋白乙酰化和去乙酰化起作用。组蛋白富含带正电荷的碱性氨基酸,与DNA具有高度亲和性。因此,DNA与组蛋白紧密结合,从而阻碍了转录蛋白质复合物进入启动子结合位点,导致转录功能受到抑制。组蛋白氨基末端从核小体核心伸出,其特定部位赖氨酸的乙酰化可中和其正电荷,减弱核小体中碱性氨基酸与DNA的静电吸引力,降低相邻核小体之间的聚集,利于转录因子的进入,从而促进基因的转录。正常细胞中,组蛋白乙酰化酶和去乙酰化酶处于动态平衡,精确调控染色质结构和基因的转录。但是并不是所有的HDACs只作用于组蛋白,有些HDACs的作用底物为非组蛋白。一系列转录因子,如p53,GATA-1,GATA-2,GATA-3,EKLF,UBF（HMG box archi tectural actor）,AML1和性激素核受体,都能被乙酰化调节。特别是,最近研究发现乙酰化还可通过调节胞浆蛋白如微管蛋白,错折叠蛋白和K70而影响细胞的运动性、蛋白转运和凋亡等生理功能。目前有文献表明乙酰化可通过调节基因的转录而影响学习记忆。而海马突触传递和可塑性是学习和记忆公认的机制。虽然早在上世纪80年代,人们就开始了乙酰化修饰对离子通道功能影响的研究,如P蛋白（绿脓假单胞菌外膜的一种阳离子选择性的通道构成蛋白）和大肠埃希杆菌外膜的PhoE通道被乙酰化后都能改变其离子通透特性。但是,目前尚不清楚乙酰化是否可通过调节离子通道的功能而影响神经元的突触传递。本实验采用全细胞膜片钳技术,在原代培养大鼠海马神经元上记录突触后电流（PSC）,兴奋性突触后电流（EPSC）和微小兴奋性突触后电流（mEPSC）,研究了去乙酰化酶抑制剂TSA（5μmol/L,以提高乙酰化水平）对突触传递的影响。本实验选择记录的细胞是原代培养8-10天的海马锥体神经元。根据PSC的幅度将其分为两类进行分析:一类是小于100pA（PSCs）,另一类是大于100pA（PSCL）。在未加TSA的情况下,PSCs的频率（n=10）在20分钟内未观察到有显著升高,PSCs幅度（n=10）和PSCL频率（n=9）及幅度（n=7）均没有显著改变。但是加入TSA后PSC的频率却有显著升高。加入TSA之前PSCs频率为0.437±0.128Hz（n=15）,而加入TSA后,PSCs的频率随时间延长而逐渐升高。其中10分钟为0.791±0.212Hz,20分钟为1.274±0.334Hz,30分钟为2.412±0.957Hz:与加药前PSCL频率相比,加药后10-20分钟升高不显著,30分钟后显著升高（n=14）。但PSCs幅度（n=14）和PSCL幅度（n=5）均无显著性变化。由此可见,TSA 10分钟后能显著升高PSCs的频率,30分钟后显著升高PSCL的频率,而两者的幅度均无显著改变,因此,TSA可以促进海马锥体神经元的突触传递已知PSC包括兴奋性突触后电流（EPSC）和抑制性突触后电流（IPSC）,以下我们研究了TSA对EPSC的影响。把EPSC也分为小于100pA的EPSC（EPSCs）和大于100pA的EPSC（EPSCL）。事先在记录浴槽液中加入bicuculline（10μmol/L）以阻断抑制性GABAA受体,所记录到的突触后电流就为EPSC。与对照相比,TSA作用20分钟,EPSCs频率就显著升高到404%（n=13）;与此同时,EPSCL的频率加药后10分钟和20分钟与加药前相比分别增加了约3.4倍和7.0倍（n=15）,EPSCs频率升高均有统计学意义。而EPSCs的幅度（n=13）与EPSCL的幅度（n=9）加入TSA前后无差别。结果表明乙酰化升高EPSC的频率,导致了兴奋性突触传递的增强。为了进一步证明TSA引起的兴奋性突触传递改变的乙酰化靶点,本实验在浴槽液中加入了bicuculline和TTX（1μmol/L）,以观察TSA对mEPSC的影响。实验结果表明mEPSC频率（n=6）和幅度（n=7）加入TSA前后并无统计学差异。TSA的突触传递增强作用几乎被完全阻断,这就证明TSA引起的兴奋性突触传递的增强不是由于乙酰化对突触本身作用的结果（如突触前递质的释放和突触后谷氨酸受体的反应性）,而可能是由于乙酰化提高了突触前神经元的兴奋性所致。总之,我们的实验结果提示,乙酰化可能通过提高海马锥体神经元的兴奋性而促进兴奋性突触传递。

论文目录

• 摘要
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• 小结
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• 综述
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