摘要: 体外实验显示Neurexin和Neureoligin作为相互作用分子能诱导突触的分化，家系分析发现在一些自闭症(autism)患者neuroligin及neurexin基因发生了突变，提示这对分子可能与自闭症发生相关。但是，目前这两个分子在整体动物水平的突触形成及行为可塑性中... 展开 体外实验显示Neurexin和Neureoligin作为相互作用分子能诱导突触的分化，家系分析发现在一些自闭症(autism)患者neuroligin及neurexin基因发生了突变，提示这对分子可能与自闭症发生相关。但是，目前这两个分子在整体动物水平的突触形成及行为可塑性中所起的作用包括Neurexin在整体动物水平的突触精细定位及具体分布目前还未知晓。本研究以果蝇为模式动物，研究Neurexin在突触中的定位以及Neurexin在突触行成和行为可塑性中所起的作用。 哺乳动物具有三个长的α-neurexin及三个β-neurexin基因，并且这六个基因可通过不同的选择性剪接产生上千种不同的Neurexin蛋白分子，这使得在哺乳动物里用基因敲除的方法来研究Neurexin的功能有一定的技术限制。我们通过大量生物信息学分析及实验证明果蝇体内只有一个neurexin基因(Neurexin-1)，且只有一种转录形式，基因编号为CG7050，它全长为5514bp,共编码1837个氨基酸，在预测的结构上与高等动物里的α-neurexin有着很大的同源性。 原位杂交表明Neurexin-1表达在果蝇胚胎的神经系统，而且在胚胎早期就开始表达。免疫荧光染色证明它在胚胎、幼虫及成虫里都集中于脑及腹神经管的突触密集区表达，并和一些突触标记分子共定位。Neurexin-1在外周神经系统表达量很低，用常规抗体染色方法检测不到其表达。我们利用转基因方法建立了Nrx-1-GAL4及UAS-Nrx-1转基因放大系统并利用这套系统发现Neurexin-1在神经肌肉接头里表达，且既在突触前膜表达也在突触后膜表达，并在突触膜上并呈均匀分布。 本研究发现果蝇Neurexin-1羧基胞内端通过其保守的PDZ结合基序与CASK/Camguk的PDZ结构域相互作用，长期以来，人们一直认为Neurexin是通过与CASK(CAKI/Camguk在高等动物里的同源分子)相互作用而被锚定在突触膜上的。但是，本研究发现，在CAKI/Camguk突变体里，Neurexin-1依然定位于突触膜位置，Neurexin的突触定位并不依赖于与CAKI/Camguk的相互作用。 Neurexin-1基因突变后，其幼虫及成虫的联想式嗅觉学习记忆被打断，影响了果蝇的行为可塑性。突触的可塑性变化会影响行为的可塑性变化，这表明Neurexin-1参与了突触结构或功能的调节。 我们进一步对Neurexin-1突变体中的突触数量及突触结构进行了分析。在Neurexin-1突变体中突触标记分子Brp与野生型相比表达量下降了约60％，而其它一些突触小泡分子标记分子的表达量并没有受到明显的影响，这表明Neurexin-1可能参与了突触的形成。进一步分析发现，果蝇Neuexin-1基因突变后，在外周神经系统里神经肌肉接头(NMJ)的突触数目明显减少；在中枢神经系统里，用电镜分析表明，在Neurexin-1突变体中，突触的数目只有野生型果蝇的一半，这表明果蝇Neurexin-1参与了突触的形成。 果蝇Neurexin-1突变后，突触显微结构分析表明，Neurexin-1突变体里突触前的突触小泡分布也发生了明显的改变，表明Neurexin-1可能参与了调控突触递质的释放。 果蝇Neurexin-1突变后，突变体的寿命明显变短。另外，当在Neurexin-1突变体中过量表达钙离子通道的α1亚基后，果蝇出现翅膀不能正常展开及表皮变硬变皱的缺陷(Infantile Phcnotype)，这表明Neurexin-1在遗传学水平上与钙离子通道是相互作用的，Neurexin-1可能参与了调节钙离子通道的的功能，这与哺乳动物里的研究结果是相一致的。 以上研究结果表明Neurexin-1参与了学习记忆和突触的形成。首次证明了Neurexin-1突变后影响了果蝇的学习记忆(行为可塑性)、突触形成及突触小泡的分布(突触可塑性)。 收起