摘要: 谷氨酸是中枢神经系统中一种主要的兴奋性神经递质，它的受体被称为谷氨酸受体，在大脑的神经传递和突触可塑性调控中起着重要的作用。离子型谷氨酸受体主要包括AMPA受体（AMPARs），Kainate受体(KARs)和NMDA受体(NMDARs)。离子型谷氨酸受体都是跨膜蛋... 展开 谷氨酸是中枢神经系统中一种主要的兴奋性神经递质，它的受体被称为谷氨酸受体，在大脑的神经传递和突触可塑性调控中起着重要的作用。离子型谷氨酸受体主要包括AMPA受体（AMPARs），Kainate受体(KARs)和NMDA受体(NMDARs)。离子型谷氨酸受体都是跨膜蛋白，他们的氨基酸序列具有同源性和相似的空间结构，包括一个巨大的胞外N端结构域，配体结合域，跨膜区，以及一个C端的胞内结构域。虽然在结构上很接近，Kainate受体相比于AMPA受体和NMDA受体有很多不同的特性，比如Kainate受体在神经元里介导一个缓慢的电流，并且电流的幅度也小于AMPA受体。越来越多的研究显示，Kainate受体在神经传递和神经活动中起着一种特殊的调控作用。Kainate受体包含五种亚基，GluK1-GluK5。虽然这些亚基序列的同源性很高，他们却有不同的特性。在神经元中表达时，GluK2产生一个很大的突触后兴奋性电流，而GluK1的电流几乎记录不到。然而，在这背后调控Kainate受体不同通道特性的机制还不为人知。 最近的研究显示，GluK1和GluK2的N端结构域对于他们不同的膜表达和突触定位能力有重要作用。我们也发现，GluK1和GluK2在N端的氨基酸序列非常保守，只有在靠近信号肽附近的序列差异较大。在本文中，我们研究了影响GluK1和GluK2亚基不同膜定位能力的关键调控因素。在海马CA1锥体神经元中，我们表达了一系列Kainate受体的嵌合体，然后利用电生理记录结合生化方法研究，我们发现信号肽在GluK1受体转运中的重要作用。当用GluK2的信号肽序列替换GluK1的信号肽序列(即嵌合体GluK1(SPGluK2))，我们发现在神经元中表达嵌合体GluK1(SPGluK2)引起的突触后兴奋性电流显著增强。另外，在神经元中共表达GluK1的信号肽和GluK1(SPG1uK2)显著抑制了原本被增大了的电流，这提示着GluK1的信号肽对受体的突触定位有着反式的作用。另外，我们发现GluK1的N端72-137的氨基酸序列对Kainate受体的膜表达和突触定位也有重要作用。我们通过进一步实验发现，GluK1的N端72-137的氨基酸序列直接与GluK1信号肽相互作用。由此，我们提出了一个模型，GluK1信号肽在发挥了引导新合成多肽上内质网的作用后被切割然后结合到GluK1的ATD结构域，从而发挥抑制GluK1转运的功能。这部分工作揭示了信号肽的一个新功能以及一个新的调控Kainate受体膜转运和突触定位的机制。 离子型谷氨酸受体除了在调控神经传递和突触可塑性方面有着的重要作用，还有研究发现AMPARs和NMDARs对于神经元发育和突触成熟至关重要。但是Kainate受体在调节神经元发育方面的作用还知之甚少。在本文中，我们发现Kainate受体不同的亚基对海马神经元的突触发育有不同的调节作用，提示着Kainate受体在哺乳动物大脑中的一个新功能。通过在培养的海马神经元中过表达GluK1或者GluK2或者他们的嵌合体，我们分析了突触的一系列形态学指标，包括树突棘的长度，树突棘头部的大小以及树突棘的密度。我们发现在GluK2过表达的神经元中树突棘的长度显著增长，树突棘头部的大小也显著增大，并且这种作用与通道Q/R位点的编辑有关。然而，我们发现在GluK1过表达的神经元中树突棘的长度显著降低，树突棘头部的大小也显著减小，并且这种作用与GluK1的信号肽和N端序列相关。另外，我们还发现GluK1过表达的神经元树突棘的密度增加。 在本文中，我们揭示了GluK1信号肽的一个新功能，也就是GluK1的信号肽在被切除后可以与GluK1的N端直接结合从而发挥抑制Kainate受体膜转运和突触定位的作用。另外，我们发现了Kainate受体在神经元突触发育中起着重要作用，并且不同的Kainate受体亚基对突触形态和成熟有着不同方式的调控。接下来还有很多工作要继续探索这个现象背后的分子机制。总而言之，本文的结果表明Kainate受体对神经元形态和生理功能的影响是受多种机制精密调控的，我们的这部分工作也为进一步了解Kainate受体的功能做了铺垫。 收起