ABHD6 驱动AMPA受体内吞调节突触可塑性和学习灵活性
ABHD6驱动AMPA受体内吞以调控突触可塑性和学习柔韧性
研究背景
在科学探索神经系统机理的过程中，α-氨基-3-羟基-5-甲基-异恶唑-4-丙酸（AMPA）受体（AMPAR）通过AMPAR相互作用蛋白的调控，实现了神经元在静息或活跃状态下保持调谐能力。AMPA受体的内吞作用依赖于囊泡介导的端胞作用，这是实现长期抑制（LTD）和稳态下调缩（homeostatic downscaling）的细胞基础。这一过程受多种AMPAR相互作用蛋白的调控，如PICK1、AP2和BRAG2等。这些蛋白可以影响AMPAR内吞的核心终止机械的募集和网格蛋白包被小窝的形成。
研究问题
在过去的研究中发现，α/β-水解酶域含6（ABHD6）作为一种内源性大麻素（ECB）水解酶，在不同的组织中水解单酰甘油（MAG）脂类，并在大脑中调控ECB信号系统，控制2-花生四烯酸甘油（2-AG）水平以调节CB1和CB2受体的活性。然而，ABHD6作为AMPAR复合物的辅助手段，显示出负向调控表面AMPAR递送的作用，尤其在内质网中防止AMPAR四聚化。虽然ABHD6也存在于突触后部位，但其与AMPAR在突触后部位的相互作用及其在AMPAR运输中的生理意义仍不清楚。
论文来源
《ABHD6 drives endocytosis of AMPA receptors to regulate synaptic plasticity and learning flexibility》一文由孟平成、杨磊、苏峰、刘莹、赵鑫艺等人撰写，来自北京首都医科大学、北京大学、南京大学、中国科学院心理研究所等知名研究机构。该论文发表于2023年12月28日的《Progress in Neurobiology》期刊。
研究流程
a) 研究工作流程
- 小鼠模型的建立：研究团队采用CRISPR/Cas9技术构建了ABHD6敲除（ABHD6KO）小鼠模型。
- 基因型鉴定与基础表型观察：通过定量逆转录PCR和Western Blot验证ABHD6在小鼠海马中的完全缺失，并评估了其出生率和体重。
- 突触和蛋白质成分分析：对海马总、突触体和突触后密度（PSD）分数进行了纯化和蛋白质分析，确认ABHD6的存在及其敲除对主要突触蛋白组成和突触超微结构无影响。
- 突触传递和突触可塑性记录：分别在ABHD6KO和野生型（WT）小鼠的海马浅脚间道（SC）路径进行了全细胞膜片钳技术下的AMPA/NMDA比率，以及其他突触传递和可塑性实验。
- AMPAR内吞实验：利用量化免疫染色法和膜蛋白生物素化测定法评估表面AMPAR的水平，研究了ABHD6对AMPAR表面表达和内吞的影响。
- 学习和记忆行为测试：通过多种行为测试如爪洞实验、莫里斯水迷宫和恐惧条件反射实验，分析ABHD6KO小鼠在学习和记忆方面的表现。
b) 研究结果详情
- 增加的AMPAR介导的基础突触响应和突触后AMPAR的表面表达：发现ABHD6敲除显著增加了海马神经元的AMPAR介导的突触传递。
- 海马LTD的受损：低频刺激（LFS）诱导的LTD在ABHD6KO小鼠中显著减少，而阻抗电流（DHPG）诱导的mGluR5依赖的LTD则未见变化。
- 稳态突触下调的受损：在高活性诱导的稳态突触下调中，ABHD6KO小鼠未能像WT小鼠那样减少miniEPSCs的幅度，表明ABHD6在该过程中起重要作用。
- 活动依赖的AMPAR内吞受阻：利用NMDA诱导的AMPAR内吞实验，发现ABHD6KO小鼠的AMPAR内吞明显减少，同时化学诱导的LTP实验未见明显变化，表明ABHD6对AMPAR内吞的重要性独立于其水解酶活性。
c) 研究结论和价值
结论：ABHD6作为AMPAR内吞的重要调节因子，通过调控LTD和突触下调，在突触可塑性和学习柔韧性中发挥关键作用。其调节AMPAR内吞的功能独立于其水解酶活性。
科学价值：其揭示了ABHD6在神经元中新的作用机制，为进一步理解AMPA受体的调控机制提供了新的思路。 应用价值：该研究为神经退行性疾病的治疗提供了新的潜在靶点。
d) 研究亮点
- 新发现的调节因子：揭示了ABHD6在AMPAR内吞和突触可塑性中的重要作用。
- 独立于酶活性的功能：ABHD6对AMPAR内吞的调节作用独立于其水解酶活性，这为ABHD6的功能研究提供了新的视角。
- 学习灵活性的显著影响：ABHD6KO小鼠在学习柔韧性能方面的缺陷，突显其在认知功能中的重要性。
e) 其他有价值的信息
本研究还表明，ABHD6对AMPAR内吞的调控可能涉及与AMPAR亚基C端结构域的直接相互作用，并干扰或促进其与其他内吞调控蛋白的相互作用。这为进一步研究ABHD6在神经活动中的作用机制提供了重要的基础。