果蝇遗忘由小G蛋白Rac调控

论文摘要

新形成的记忆若未能进入固化阶段便会很快的消逝。该遗忘通常被认为来自新记忆本身的不稳定性或者无关信息的干扰,但有关其本质人们知之甚少。本研究结合分子遗传学和行为学手段探寻遗忘的分子机制并发现果蝇遗忘由小G蛋白Rac调控。诱导表达负显性Rac突变体下调Rac的活性不仅可以阻抑早期记忆的衰减,使得原本数小时内消逝的早期记忆可延续至超过一天,还可阻断干扰学习引起的遗忘。与之相反,在果蝇蘑菇体脑区诱导表达持续激活Rac突变体上调Rac的活性可加速遗忘。由Rac介导的遗忘机制并不影响记忆的获取过程,而且独立于Rutbaga腺苷酸环化酶依赖的记忆形成机制。另外,内源性Rac活性检测发现在不同训练模式下该遗忘机制的激活可以发生在数小时或者数分钟,分别对应于被动记忆衰减时记忆的逐渐消逝和逆转学习时不相宜记忆的迅速抹去。研究还发现下调Rac的活性可导致果蝇在逆转学习中灵活性行为的丧失,从而支持遗忘作为生物适应环境变化必不可少的一项策略。研究最后以痕迹条件反射作为研究感觉记忆的模型,将Rac介导的遗忘机制拓展到短至数十秒的非联合记忆形式。以上证据共同表明了小G蛋白Rac在遗忘调节中的核心地位,同时也预示了神经元细胞骨架重排可能作为记忆消逝的根本原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 第1章 引言
• 1.1 遗忘研究概述
• 1.1.1 衰减理论与干扰理论
• 1.1.2 记忆固化理论
• 1.1.3 “遗忘”的分子基础
• 1.2 果蝇嗅觉记忆
• 1.2.1 果蝇作为模式生物的优势
• 1.2.2 果蝇嗅觉逃避记忆范式
• 1.2.3 果蝇嗅觉逃避记忆时相解析
• 1.2.4 果蝇嗅觉逃避记忆突变体
• 1.2.5 果蝇嗅觉逃避记忆模型
• 1.3 Rho 家族小G 蛋白
• 1.3.1 Rho 家族小G 蛋白简介
• 1.3.2 Rho 家族小G 蛋白在神经系统中的功能
• 1.3.3 Rho 家族小G 蛋白与人类智力落后
• 1.4 本文研究的主要内容和主要贡献
• 第2章 Rac 与遗忘曲线
• 2.1 本章引论
• ts 诱导表达系统'>2.2 Gal4/Ga180^ts诱导表达系统
• 2.2.1 绿色荧光蛋白检验诱导表达
• 2.2.2 Rac 显性突变体的诱导表达
• 2.3 全神经元诱导表达负显性Rac 后的学习记忆表型
• 2.3.1 记忆衰减变慢
• 2.3.2 记忆获取正常
• 2.3.3 影响的组分为早期记忆
• 2.4 Rac 功能性脑区定位
• 2.4.1 Rac 在果蝇脑中广泛表达
• 2.4.2 负显性Rac 起作用的脑区可以被定位到蘑菇体
• 2.4.3 蘑菇体表达持续激活Rac 加速记忆衰减
• 2.5 Rac 信号通路与记忆衰减
• 2.5.1 cofilin
• 2.5.2 Rac 效应物结合位点突变
• 2.6 Drac1（N17）抑制干扰引起的遗忘
• 2.7 本章小结与讨论
• 2.7.1 Rac 显性突变体的特异性
• 2.7.2 Rac 显性突变体不改变果蝇脑神经元的大致形态
• 第3章 Rac 与逆转学习
• 3.1 本章引论
• 3.2 显性Rac 突变体的表达影响果蝇逆转学习能力
• 3.2.1 负显性Rac 的表达导致逆转学习缺陷
• 3.2.2 持续激活Rac 的表达导致逆转学习增强
• 3.2.3 负显性Rac 突变体的缺陷来自于无法去除过时的记忆
• 3.3 学习训练引起的内源性Rac 活性改变
• 3.3.1 Rac 在逆转学习中被激活，在重复学习中被抑制
• 3.3.2 遗忘曲线相应的内源性Rac 激活模式
• 3.4 本章小结与讨论
• 第4章 Rac 与痕迹条件反射
• 4.1 本章引论
• 4.2 负显性Rac 的表达增强痕迹条件反射
• 4.2.1 负显性Rac 的表达特异性增强痕迹条件反射学习
• 4.2.2 记忆的痕迹而非气味的痕迹
• 4.3 不同的脑区共同参与了痕迹条件反射
• 4.3.1 负显性Rac 的作用脑区同时有蘑菇体和中心体
• 4.3.2 R2/R4m 神经元输出仅在获取阶段是必需的。
• 4.4 cofilin 与痕迹条件反射
• 4.5 本章小结与讨论
• 4.5.1 Rac 遗忘可被扩展至更加短暂的记忆形式
• 4.5.2 果蝇中痕迹条件反射
• 第5章 结论
• 5.1 Rac 信号通路调控果蝇遗忘
• 5.2 遗忘与记忆形成/固化的关系
• 5.3 数种记忆形式的遗忘
• 5.4 衰减与干扰
• 5.5 结语
• 第6章 材料与方法
• 6.1 果蝇品系
• 6.2 热激诱导
• 6.3 果蝇行为实验
• 6.3.1 试剂及材料
• 6.3.2 仪器
• 6.3.3 果蝇巴甫洛夫嗅觉逃避条件反射训练与测试
• 6.3.4 干扰学习
• 6.3.5 逆转学习
• 6.3.6 痕迹条件反射
• 6.3.7 嗅觉敏感性和电击反应性
• 6.3.8 冷麻醉和CXM 喂药实验
• 6.4 共聚焦显微镜检测果蝇脑荧光图谱
• 6.4.1 试剂及材料
• 6.4.2 仪器
• 6.4.3 实验方法
• 6.5 石蜡切片及免疫组化
• 6.5.1 试剂及材料
• 6.5.2 实验方法
• 6.6 H& E 染色
• 6.6.1 试剂及材料
• 6.6.2 实验方法
• 6.7 Western Blotting
• 6.7.1 试剂及材料
• 6.7.2 实验方法
• 6.8 PBD Pulldown Assay
• 6.8.1 试剂及材料
• 6.8.2 实验方法
• 6.9 Inverse PCR 鉴定 P{Gal4}插入位点
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果