（发育生物学专业论文）谷氨酸转运子对秀丽线虫感觉信号整合调控的研究.pdf

中文摘要 谷氨酸转运子对秀丽线虫感觉信号整 合调控的研究 摘要 背景 感觉信号整合是神经系统的重要功能 但是其具体的分子机制尚不完全了 解 谷氨酸作为脊椎动物中枢神经系统中重要的兴奋性神经递质之一 广泛参与 了学习 记忆等认知行为 神经系统中谷氨酸的动态平衡对于维持信号传导和避 免兴奋性神经元毒性都是必需的 目的 本研究利用模式动物秀丽线虫为研究对象 试图阐释谷氨酸转运子对秀丽 线虫中感觉信号调控的分子机制 方法 利用铜离子和丁二酮两种矛盾信号构建的感觉信号整合模型 以及温度趋 向性学习模型和化学趋向性学习模型考察转运子蛋白是否影响动物的感觉信号 整合能力和学习能力 以外源施加谷氨酸和在突变体背景下表达相应基因片段考 察对感觉信号整合和学习能力缺陷的恢复作用 通过在野生型背景下过表达 以 及突变体背景下于a s e a w a 和a i y 神经元异位表达和热激诱导基因在不同发 育时期表达来对基因功能进行进一步分析 通过构建与已知感觉信号整合调控基 因之间的双突变体考察基因之间的遗传通路 并通过荧光照相技术考察突变体背 景下神经系统和特定感觉神经元发育状况 结果 在丁二酮和铜离子构建的矛盾信号整合模型中 表达于前突触的谷氨酸转 运子基因e a t 4 突变导致动物表现出感觉信号整合系数显著降低的表型 由于突 变体对丁二酮 铜离子 饥饿的感知和运动能力不存在缺陷 确认了e a l h 参与 了感觉信号整合调控 同时发现e a t 一4 突变导致温度趋向性或化学趋向性介导的 学习行为缺陷 外源施加谷氨酸能部分恢复e a t 一4 突变体感觉信号整合和学习能 力 通过分段表达e a t 4 基因证实p f a m 结构域对于该基因发挥相应功能具有核 心调控作用 e a t 4 的过表达可以提高动物感觉信号整合能力 以及温度趋向性 和化学趋向性介导的学习行为能力 e a t 一4 异位表达在a s e 和a w a 神经元可以 对e a t 一4 突变体动物的感觉信号整合和学习行为缺陷起到有限的恢复效应 在 a i y 异位表达则没有明显恢复作用 e a b 4 对感觉信号整合的调控经由的是一条 区别于h e n 1 或t t x 3 的遗传通路 e a 在线虫发育晚期激活可以恢复e a t 4 突变体动物的感觉信号整合和学习缺陷 而且 e a t 4 突变并不影响神经系统的 发育 表达于分泌管细胞的转运子基因g l t 3 g l t 一6 和g l t 7 基因突变也导致动物表 现出感觉信号整合系数显著降低的表型 并导致温度趋向性或化学趋向性介导的 学习行为缺陷 外源施加谷氨酸能部分恢复础一3 g l t 6 和g l t 一7 突变体感觉信号 整合和学习能力 通过分段表达础一3 g t t 6 和g l t 7 基因证实p f a m 结构域对于 该基因发挥相应功能具有核心调控作用 一f 3 g l t 一6 和g l t 7 的过表达可以提高 动物感觉信号整合能力 以及温度趋向性和化学趋向性介导的学习行为能力 t 3 g l t 6 和g l t 一7 异位表达在a 神经元可以对g l t 3 g l t 6 和g f f 7 突变体动 物的感觉信号整合和学习行为缺陷起到有限的恢复效应 而异位表达于a s e 和 中文摘要 a w a 则没有明显恢复作用 遗传上 g l t 3 g l t 6 和g l t 7 介导不同于h e n 1 或t t x 一3 感觉信号调控通路 g l t 3 g l t 6 和g l t 7 在线虫发育晚期激活可以 恢复g f f 一3 g l t 6 和g t t 7 突变体动物的感觉信号整合和学习缺陷 而且 g f f 3 g t t 一6 和g t t 一7 突变并不影响神经系统的发育 结论 谷氨酸转运子蛋白e a t 4 g l t 3 g l t 6 和g l t 7 调控动物的感觉信号 整合与学习行为 关键词 秀丽线虫 谷氨酸转运子 感觉信号整合 学习 英文摘要 g l u t a m a t e t r a n s p o r t e r sr e g u l a t et h es e n s o i n t e g r a t i o ni nc a e n o r h a b d i t i se l e g a n s a b s t r a c t b a c k g r o u n d s s e n s o r yi n t e g r a t i o ni sa l li m p o r t a n tf u n c t i o no fn e r v o u ss y s t e m b u t t h em o l e c u l a rm e c h a n i s mr e g u l a t i n gt h i s p r o c e s si s s t i l l l a r g e l y u n k n o w n g l u t a m a t e o n eo ft h ei m p o r t a n te x c i t i n gn e u r o t r a n s m i t t e r s p a r t i c i p a t e si nt h e c o n t r o lo fm a n yf o r m so fc o g n i t i v ea c t i v i t i e s d y n a m i cb a l a n c eo fg l u t a m a t ei nt h e n e r v o u ss y s t e mi sn e c e s s a r yf o rk e e p i n gt h ep r o p e rs i g n a lt r a n s m i t i o na n da v o i d i n g t h et o x i c i t yf r o me x c e s se x c i t i n gn e u r o n s a i m s u s i n gce l e g a n sa st h er e s e a r c h i n gm o d e lt oe l u c i d a t et h ep o s s i b l em o l e c u l a r c o n t r o lo fg l u t a m a t et r a n s p o r t e r so na n i m a l s s e n s o r yi n t e g r a t i o na n d l e a r n i n g b e h a v i o r s m e t h o d s w ee x p l o r e dt h es e n s o r yi n t e g r a t i o nm o d e lc o n s t r u c t e db yt w os i g n a l s c u 上 a n dd i a c e t y l a n dt h e r m o t a x i sa n dc h e m o t a x i s m e d i a t e dl e a r n i n gm o d e l st o i n v e s t i g a t ew h e t h e rg l u t a m a t et r a n s p o r t e r sc a nr e g u l a t ea n i m a l s s e n s o r yi n t e g r a t i o n a n dl e a r n i n ga b i l i t y b ym e a n so ft r e a t i n ga n i m a l sw i t hs p e c i f i cc o n c e n t r a t i o n so f g l u t a m a t e a n d e x p r e s s i n gg e n ef r a g m e n t s u n d e r c o r r e s p o n d i n g m u t a t i o n b a c k g r o u n d s t h er e s c u ea s s a yw a sp e r f o r m e dt oe v a l u a t et h ec h a n g e so fs e n s o r y i n t e g r a t i o na n dl e a r n i n ga c t i v i t i e s b a s e do no b s e r v a t i o n so nt h eo v e r e x p r e s s i n g g l u t a m a t et r a n s p o r t e r si nw i l d t y p eb a c k g r o u n d e x p r e s s i n gg l u t a m a t et r a n s p o r t e r si n a s ea n da w a s e n s o r yn e u r o n sa n da i yi n t e r n e u r o nu n d e rg l u t a m a t et r a n s p o r t e r m u t a t i o nb a c k g r o u n d s a n di n d u c i n gg l u t a m a t et r a n s p o r t e re x p r e s s i o na td i f f e r e n t d e v e l o p m e n t a ls t a g e s t h ef u n c t i o n so fg l u t a m a t et r a n s p o r t e r si nr e g u l a t i n gs e n s o r y i n t e g r a t i o na n dl e a r n i n gb e h a v i o r sw e r ee x a m i n e d t h eg e n e t i ci n t e r a c t i o nw a s a n a l y z e db yc o n s t r u c t i n gd o u b l em u t a n t s t h ed e v e l o p m e n t a lc h a n g e so fn e r v o u s s y s t e ma n dc e r t a i ns e n s o r yn e u r o n si ng l u t a m a t et r a n s p o r t e rm u t a n t sw e r ea n a l y z e d b yu s i n gf l u o r e s c e n tp h o t o g r a p ht e c h n i q u e s r e s u l t s m u t a t i o no fe a t 4e x h i b i t e dad e f e c to fs e n s o r yi n t e g r a t i o n c o n s i d e r i n g t h ef a c tt h a tm u t a t i o no fe a t 4c o u l dn o ti n d u c ed e f i c i t si nd i a c e t y ls e n s i t i v i t y c u 2 s e n s i t i v i t y s t a r v a t i o ns e n s a t i o n a n dl o c o m o t i o nb e h a v i o r s e a t 4f u n c t i o n si nt h e c o n t r o lo fa n i m a l s s e n s o r yi n t e g r a t i o nb e h a v i o r m e a n w h i l e i tw a so b s e r v e dt h a t m u t a t i o no fe a t 4c o u l dl c a dt ol e a r n i n gd e f e c t s e x o g e n o u sa d m i n i s t r a t i o no f g l u t a m a t ed r u gp a r t i a l l yr e s c u e dt h ed e f e c t so fs e n s o r yi n t e g r a t i o na n dl e a r n i n g b e h a v i o r si ne a t 4m u t a n t s t h ep f a md o m a i nm i g h tp l a yak e yr o l ef o re a t 4 p r o t e i ni nr e g u l a t i n gt h es e n s o r yi n t e g r a t i o nb e h a v i o r s o v e re x p r e s s i n go fe a t 4 i n c r e a s e da n i m a l s s e n s o r yi n t e g r a t i o na n dl e a r n i n ga b i l i t i e s e x p r e s s i o no fe a t 一4i n a s ea n da w as e n s o r yn e u r o n sp a r t i a l l yr e s c u e dt h ed e f e c t so fs e n s o r yi n t e g r a t i o n l o 英文摘要 a n dl e a r n i n gb e h a v i o r si ne n t 4m u t a n t s h o w e v e r e x p r e s s m no fe a t 4i na i y i n t e m e u r o nd i dn o ti n f l u e n c et h es 印s o 巧i n t e g r a t i o na n dl e a r n i n gb e h a v i o r si ne a t 一4 m u t a n t s g e n e t i ci n t e r a c t i o na s s a yi n d i c a t e dt h a te a t 4m e d i a t e dar e l a t i v e l y s p e c i f i cs i g n a lp a t h w a yi nr e g u l a t i n gt h es e n s o 巧i n t e g r a t i o nb e h a v i o r a n dt h e f u n c t i o no fe a t 4i nr e g u l a t i n gt h es e n s o r yi n t e g r a t i o nb e h a v i o rw a sn o td e p e n d e n to n t h ee x p r e s s i o no fh e n la n dt t x 3 i n d u c ee n t 4e x p r e s s i o na tl a t e rd e v e l o p m e n t a l s t a g e sc o u l dr e s c u et h ed e f e c t so fs e n s o r yi n t e g r a t i o na n dl e a r n i n gb e h a v i o r sf o r m e d me n t 一4m u t a n t s i na d d i t i o n m u t a t i o no fe 口t 4d i dn o ta f f e c tt h en e u r o n a l d e v e l o p m e n t m u t a t i o no fg l t 3 g t t 6a n dg l t 7s h o w e dad e f e c to fs e n s o r yi n t e g r a t i o n c o n s i d e r i n gt h ef a c tt h a tm u t a t i o no f g l t 3 g l t 6a n dg l l 7c o u l dn o tr e s u l ti nd e f i c i t s i n d i a c e t y is e n s i t i v i t y c u 2 s e n s i t i v i t y s t a r v a t i o ns e n s a t i o n a n dl o c o m o t i o n b e h a v i o r s 9 1 1 3 g l l 6 a n dg t t 7f u n c t i o n si nt h ec o n t r o lo fa n i m a l s s e n s o r y i n t e g r a t i o nb e h a v i o r i na d d i t i o n m u t a t i o no fg l t 3 g l t 6a n dg l t 7l e dt ol e a r n i n g d e f e c t s e x o g e n o u sa d m i n i s t r a t i o no fg l u t a m a t ed r u gp a r t i a l l yr e s c u e dt h ed e f e c t s o fs e n s o r yi n t e g r a t i o na n dl e a r n i n gb e h a v i o r si ng l t 3 g l t 一6a n dg l t 7m u t a n t s t h e p f a md o m a i nm i g h tp l a yak e yr o l ef o rg l t 3 g l t 6 a n dg l t 7p r o t e i ni n r e g u l a t i n gt h es e n s o r yi n t e g r a t i o nb e h a v i o r s o v e re x p r e s s i n go fg l t 3 g l t 6a n d g l t 7i n c r e a s e da n i m a l s s e n s o r yi n t e g r a t i o na n dl e a r n i n ga b i l i t i e s e x p r e s s i o no f g l t 3 g l t 一6a n dg l t 7i na i yi n t e m e u r o np a r t i a l l yr e s c u e dt h ed e f e c t so fs e n s o r y i n t e g r a t i o na n dl e a r n i n gb e h a v i o r si ng l t 3 g t t 6a n dg l t 7m u t a n t s h o w e v e r e x p r e s s i o no fg l t 一3 g l t 6a n dg l t 7i na s ea n da w as e n s o r yn e u r o n sd i dn o t i n f l u e n c et h es e n s o r yi n t e g r a t i o na n dl e a r n i n gb e h a v i o r si ng l t 3 g l t 一6a n dg l t 一7 m u t a n t s g e n e t i ci n t e r a c t i o na s s a yi n d i c a t e dt h a tg t t 3 g l t 一6a n d g l t 7m e d i a t e da r e l a t i v e l ys p e c i f i cs i g n a lp a t h w a yi nr e g u l a t i n gt h es e n s o r yi n t e g r a t i o nb e h a v i o r a n d t h ef u n c t i o no fg l t 3 g l t 一6a n dg l t 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其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 研究生签名 轻至垒短 日期 咝d 弓p 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学 中国科学技术信息研究所 国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文 本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 除在保密期内的保密论文外 允许论 文被查阅和借阅 可以公布 包括刊登 论文的全部或部分内容 论文的公布 包 括刊登 授权东南大学研究生院办理 研究生签名 奶篷短导师签名 e t 期 枷驴 莉舌 i 一 刖 舌 动物可以感知环境中多种刺激信号 进而通过中枢神经系统对各种不同环 境刺激进行整合 产生适当的行为反应 感觉信号的整合是各种动物所共有的 重要神经调控行为 针对感觉信号的整合问题 在高等脊椎动物 如猫 短尾 猿 猴子和人类 与无脊椎动物 如果蝇 中从不同的研究角度与研究层次分 别进行了相应的研究 在高等脊椎动物中 大脑皮层可能在感觉信号整合中发 挥重要功能 在无脊椎动物果蝇中 蘑菇状体结构被证明可能在感觉信号整合 中发挥核心的调控功能 模式动物秀丽线虫 c a e n o r h a b d i t i se l e g a n s 是研究神经系统发育与功能重 要的研究模型 线虫只有3 0 2 个固定数目的神经元 且神经元之间的连接关系 通过结构重建的方法已经了解得十分清楚 而且 线虫神经元在功能上十分完 善 能够感受环境中各种不同的刺激信号 生物学行为丰富 线虫头部富含有 各种感觉神经元且分工精细 其中a d f a d l a s e a s g a s h a s i a s j 以及a s k 等8 对感觉神经元可以感知水溶性化学物质 a w a a w b 和a w c 三对感觉神经元负责感知挥发性物质 a f d 感觉神经元则负责温度的感知 在 线虫中 已经建立了化学趋向性 温度趋向性与机械刺激模型研究相应的学习 与记忆问题 而且 已经建立了成功的矛盾信号模型研究感觉信号整合的调控 机制 在线虫中 h e n 1 与1 3 被证明参与了感觉信号整合的分子调控 基 于对于这两个蛋白功能的解析 感觉神经元a s e 与中间神经元a 是线虫感 觉信号整合的重要结构基础 尽管如此 对于线虫感觉信号整合的分子调控机 制 尤其是神经环路 仍然大部分不清楚 谷氨酸是动物体内中枢神经系统最为重要的兴奋性神经递质之一 系列的研 究已经证明该种神经递质可能参与了学习 记忆等认知过程的调控 谷氨酸合成 或受体相应信号的缺陷可能直接或间接导致i 临床上的神经退行性疾病 如阿尔茨 海默病 帕金森病 亨廷顿舞蹈病等 但是 至少在线虫中 谷氨酸是否参与 了感觉信号整合的调控尚不清楚 在线虫中 有7 个基因编码谷氨酸转运蛋白 而且 线虫中至少存在1 0 种离子型谷氨酸受体 其中有6 种受体在中间神经元中 表达 此外 在线虫中谷氨酸同时也可以发挥抑制性神经递质的作用 在线虫中 多个谷氨酸门控氯离子通道受体亚型被发现 它们对氯离子具有通透性并对阿维 菌素 a v e n n e c t i n 敏感 门控氯离子通道受体主要表达在咽泵外围神经系统 主要包括运动神经元和机械感知神经元 本研究即旨在以线虫为模型研究谷氨酸 转运蛋白可能在感觉信号整合上的重要调控功能及其相应的分子机制 本部分工 作将加深我们对于感觉信号整合分子机制与谷氨酸重要功能的理解 东南入学硕士学位论文 文献综述 谷氨酸参与认知行为的分子调控研究进展 谷氨酸是中枢神经系统中最为重要的兴奋性神经递质之一 它不仅仅作为 一种快速传递的神经递质 而且参与到如学习 记忆 可塑性和神经元细胞死 亡等复杂的生理过程 2 1 在发挥功能时 谷氨酸受体主要被分为离子型配体门 控受体和代谢型g 蛋白偶联受体 这些受体可以通过结合突触前释放的谷氨酸 被激活并发挥相应作用 同时谷氨酸受体的过分激活可以启动一系列破坏性分 子 从而可能导致神经元细胞的死亡 即谷氨酸具有兴奋毒性 是导致急性和 慢性神经疾病中的中枢神经系统损伤的重要原因之一口1 细胞外谷氨酸的浓度 的调控就显得极为重要 浓度过低容易导致信号传递的打断 而浓度过高则容 易启动兴奋性毒性通路 要维持谷氨酸神经递质的平衡主要依赖于谷氨酸转运 子调节的谷氨酸运输 谷氨酸转运子在清除突触间隙中的谷氨酸以及谷氨酸向 神经元或者胶质细胞传递中发挥重要作用 谷氨酸转运系统在把神经递质传递 到突触外受体 神经递质循环和保护神经元免受兴奋性细胞毒性损伤中可能发 挥重要作用 本篇综述将从以下部分对谷氨酸对于认知行为的调控上进行阐述 1 谷 氨酸在体内的合成 转运和受体 2 谷氨酸对学习 记忆等认知行为调控的 研究进展 3 问题与展望 1 谷氨酸的合成 转运和受体 1 1 谷氨酸的合成 谷氨酸在体内的代谢是非常复杂的 通过多条生物合成途径可以得到可释放 谷氨酸 这些生物途径主要包括谷氨酰胺 三羧酸循环要素 如q 一酮戊二酸和 苹果酸 鸟氨酸和葡萄糖途径h 刊 在这些途径中占主导地位的是谷氨酸一谷氨 酰胺循环 谷氨酸从神经末端释放之后 谷氨酸通过谷氨酸转运子转移到胶质细 胞 在胶质细胞的谷氨酰胺合成酶把谷氨酸转化为谷氨酰胺盯 在然后转运回神 经元时 表达在兴奋性神经元谷氨酰胺酶把谷氨酰胺转化为谷氨酸 然后重新包 装进入突触囊泡 神经元释放的谷氨酸是来源于谷氨酰胺阻 9 1 以及抑制谷氨酰胺 酶可以耗尽谷氨酸仓库n 引 都支持了这种机制 外源的谷氨酰胺在谷氨酰胺合成 酶活性时缺失的情况下能维持突触的活动u u 因为y 一氨基丁酸 g a b a 由谷氨 酸衍生而来 所以说谷氨酸一谷氨酰胺循环同时参与了抑制性和兴奋性神经递质 传递n 2 1 2 谷氨酸转运子 谷氨酸在细胞质中合成并通过依赖于质子电化学梯度的囊泡谷氨酸转运子储 存到突触囊泡中 谷氨酸通过胞外分泌释放后作用快速兴奋性递质传递的离子型 谷氨酸受体和慢速调节递质作用的代谢型受体 为了终止谷氨酸的作用和调节细 胞外的谷氨酸在低于兴奋性毒性水平 定位于神经元和胶质细胞的钠离子依赖高 亲和谷氨酸转运子快速的移除细胞外的谷氨酸 一5 1 下面分别介绍钠离子依赖的 兴奋性谷氨酸转运子和囊泡谷氨酸转运子 2 练进 l21 兴奇性谷氩酸转运子 在哺乳动物中已经克隆鉴定r 5 种钠离子依赖符氨酸受体 e a a t s15 序 列比对发现各个咂型z 问有5 06 0 的同源性 基于列细菌谷氩酸转运予同源物 结晶结构的阐述 谷氩酸转运子推测具有8 个跨膜区域并且羧基和氧基端位于细 胞内 大多数以三聚体形式存在 谷氨酸转运体在中枢神经系统的分布情况已 经比较清楚 e a a t l 和e a a r 2 被认为是胶质细胞转运体 e a a t l 主要分布在小脑而 e a a t 2 在大脑中分布较为广泛 被认为是大脑巾最丰富的谷氨酸转运子 e a a t s 1 而e a a t 3 和e a a t 4 被认为是神经元转运子 e a a t 3 主要分布贯穿前 脑和脊髓 并在海马区 基底神经节和皮层结构中有富集 而e a a t 4 在小脑中浓 度较高 主要是在普尔基涅神经元 而e a a t 5 的分布比较有限 它的表达局限 在视网膜 主要定位在视网膜上的神经元和m u l l e r 细胞中啪1 拦奋性谷氨酸转运子在转运一分子谷氨酸进入细胞内的同时偶联转运三个 钠离子和一个质子进入细胞内 空的谷氨酸转运子在回到细胞外时同时伴随着1 个钾离子的流出 图1 兴奋性转运于在功能上可能起到谷氢酸转运和调控 氯离子流通 在这两种功能上 被证实是通过不同的跨膜区域发挥作用的 在 e a a t l 转运子r t t m 2 主要负责调控氯离子流通 1 图1 兴奋性谷氨酸转运子的转运模式 兴符谷氨酸转运子通过轮换存取机制在运输一分子谷氨酸的同时运输鼍个钠离 子和个质 在谷氨酸转运予返回细胞外表面时偶联1 个钾离子流出 非底 物抑制州可以连接到转运子偏爱的区域 从而抑制对备氨酸的转运 需要指出 的是这个转逗机制足可逆的 22 嚣泡谷氨酸转运子 囊泡谷氨酸转运于在神捍元内的表达对于锌氨酸从神经术端分泌足必须的 糸 一l 学 论文 囊7 谷氨酸转运予具有一种 型分别为v g l u 1i 2 3 它们l j t 6 0 0 个氨基酸 组成t 转运体彼此之间具有7 0 的 瑚源性 囊泡膜谷氩酸转运子含有8 1 0 个跨膜 结构城 比兴奋性谷氨酸转运予亲和力低1 0 01 0 0 0 倍 它的功能依赖于囊泡中质 丁a t p 酶产生的质子电化学梯度 v g l u t l 2 在分布上具有很大的互补性 并主要 表达n 谷氮酸能突触的束端 v g l u t l 在大脑皮层 小脑皮层和海马区 而v g l u t 2 主璺定位在间脑和后脑 而v g l u t 3 在其他类型的神经元比如纹状体的乙酰胆碱能 神经元 海马区的g a b a 能神经元以及血羟色胺能神经元都有表达 1 同时在视 网膜中v g i u n 2 都有表达 发现v g l u t i 对于视觉信号从感光器向视觉传出神经 元的传递 具有重要作用 而v g l u t 2 对于感光器产生视觉信号有重要作用 可见 在功能r 具有一定互补性协 13 谷氢酸受体 谷氨酸受体可以分为两大类 离子型受体 i g l u r l o r ic h a n n e lc o u p l e d 和代谢型受体 m g l u r s e c o n dm e s s e n g e rc o u p l e d 离子型受体又可以分为 三类 n 甲基一 一天冬氨酸受体 n m d a r 红藻氩酸受体 k a r n 氨基一3 羟 基5 甲基一4 异恶唑受体 a m p a r 代谢型谷氰酸受体含有8 个亚型m g l u r l8 它们分为3 维 i m 6 l u r l n 正l u r 5 i i 旆l u r 23 眠f a g l t r 4 m g l u r 68 下面简单介绍一下受体的结构和分布 n t d s a g o n i s t b i n d i n g a b d s d o n a l n sl c t e r m i o a lr 图2 n 姗a 受体中配体的潜在结合位点 1 综述 大部分n m d a 受体被认为是组装成四聚体 通过两个n r l 和两个n r 2 亚基形成的 二聚体与二聚体 构成的四聚体结构 位于细胞外的n 端区域 n t d s 和激动 剂结合区域 a b d s 各自形成二聚体 n r 2 的激动剂结合位点 a b d 结合谷氨酸 而n r l 激动剂结合位点 a b d s 和共激动剂氨基乙酸 或d 一丝氨酸 结合 同时 离子通道区域可以形成通道封阻子的结合位点 通道封阻子主要有内生长的m 9 2 地革西平马来酸盐 m k 8 0 1 氯胺酮 k e t a m i n e 和美金刚 m e m a n t i n e 它们可 以作为非竞争性拮抗剂发挥作用 现在仅仅知道n m d a 受体拮抗剂对n r 2 的n 端区域 n t d 的锌离子配体具有强烈的选择性 它在纳摩尔浓度就能选择性的抑制含 有n r 2 a 亚基的受体 艾芬地尔类似复合物可以选择性的抑制包含n r 2 b 的受体 1 3 1n 一甲基一d 天冬氨酸受体 n m d a r n 一甲基一沪天冬氨酸受体 n m d a r 具有三种亚型 它们分别是n r i n r 2 和n r 3 通过对同一基因的选择性连接可以形成8 个不同的n r l 亚型 n r 2 具有 四种亚型 n r 2 a d 而n r 3 具有两个亚型 n r 3 a n r 3 b 啦 组成型n m d a r s 至少要由1 个n r l 和1 个n r 2 亚基组成 但较为常见的组装方式是两个n r l 和 两个n r 2 受体组成一个4 聚体n m d a r s 如图2 所示 四聚体的排列为二聚体对 二聚体n r l 一n r l n r 2 n r 2 的组装 每个亚基具有四个疏水区域 三个为跨膜结 构 t m l t m 3 和t m 4 而第四个区域m 2 通过弯曲进入膜中 并参与了形成离 子通道 n r 3 亚基也参与受体通道的构成并起到抑制性调控作用 n m d a 受体 在大脑中广泛分布 但以海马区最为密集 1 3 2 q 一氨基一3 羟基一5 甲基一4 异恶唑受体 a m p a r a 一氨基一3 羟基一5 甲基一4 异恶唑受体 a m p a r 共含有四个亚型分别是 g l u r l g l u r 4 啪1 编码这四种亚型的基因具有7 0 5 的序列同源性汹1 谷氨酸受体 含有四个疏水区域 t m l t m 3 和t m 4 贯穿包膜 而t m 2 朝向细胞质并形成了进 入质膜的环 并参与通道口的部分构成 图3 大脑皮层外围 海马区 嗅 觉区域 基底神经节 侧间隔和扁桃体中富含有g i u r i g l u r 3 而g l u r 4 主要 富集丘脑网状核和小脑区域 在中枢神经系统的其他区域则含量则很少瑚1 1 3 3 红藻氨酸受体 k a r 红藻氨酸受体 k a r 是由g l u r 5 g l u r 6 g l u r 7 k a l 和k a 2 等5 个类亚基组成 的四聚体 其中g l u r 5 g i u r 6 g l u r 7 亚基可以通过形成异源聚合体和同源功 能性聚合体 而k a l 和k a 2 只有通过和g l u r 5 g l u r 6 g l u r 7 形成异源聚合体 n 红藻氨酸受体 k a r 在调控突触谷氨酸神经递质传递和神经元的兴奋性中起 到重要作用 海马神经末端红藻氨酸受体 k a r 主要存在于突触间隙如前突触活 动区和突触后致密体口羽 南 颤k 学位论卫 刚3 l p h 受体哑墓的拓扑结构示意图m 1 134 代谢型谷氨酸受体 代谢型谷氢酸受体具有8 个成员 分别为代谢型谷氨酸受体m g l l l lm g l u 8 受体 根据序列相似性和相关药理性被分成三组 代谢型谷氢酸第一组包含 m g lu 1 和m g l u 5 主要定位在兴 性突触后致密体 并且通过gnq 蛋白发挥功 能 第一组代谢犁谷氩酸受体包含m g l u 2 和丽i u 3 第三组代谢型符氮酸受体 l i l c l u 4 m g i u 6 m l u 7 和m g l u 8 第二组和第2 组代谢型谷氧酸受体主要定位 在前突触 墟过激发这些受体可以反馈抑制谷氨酸释放 2 谷氨酸对学习记忆等认知行为的调控研究进展 21 对人认知行为的调控 非竞争性n m d a 受体拈抗剂克他命 k e t a mj n e 是研究人类n m d a 受体功能的 常用药 j a s e n 1 9 9 0 年发现克他命可以降低记忆能力m 1 亚麻醉剂量的克他命 可以影响自由回忆和再认识记忆这两类记忆 并可以导致受试肯思维泄乱m n e w c o m e r 等 1 9 9 9 发现利 i i 克他命处理后形成依赖于剂量的li 头和非口头学 习和记忆能力的减弱 h e t e m 等 2 0 0 0 发现弧麻醉剂量的克他命1 4 以减弱语言 记 匕 这种减弱是通过影响记忆编码过程而不足记忆恢复过程造成的 并且指出 克他命导致的记忆损伤能够模拟急性精神病患者的记忆缺陷 1 g r y s t a l 等 2 0 0 3 发现克他命可以损伤t 作记忆 而这种t 作i 己忆的损伤可咀通过第 组 代谢型谷氯酸受体激动剂1 y 3 5 4 7 4 0 处理后得到恢复 1 h 等 9 0 0 5 川克 他命处理可以减少皮层n d a 受体依赖的抑制作用 可以导致粹氨酸释放增加 从 而导致思维扣曲和认知能山减弱 g a s 等 2 0 0 8 发现利川n m i a 受体和a m p a 受 综述 体拈抗剂卡罗维林和克他命可以阻断睡眠对视觉记忆的巩固过程m 1 2 2 对小鼠认知行为的调控 利用转基因方法在小鼠前脑过表达n r 2 b 基因 海马区和皮层中的n r 2 b 含 量是野生型的2 倍 促进长时程的形成 并显著地提高了学习和记忆能力n 这些转基因小鼠的第l o 至1 2 代海马区仍有较大的长时程增强 并且学习和记 忆能力较强 刳 在衰老过程中学习 记忆等认知能力逐渐衰退 衰老的转n r 2 b 基因小鼠表现出较野生型小鼠更为优越的学习和记忆能力 可以断定在老年小 鼠的前脑过表达n r 2 b 可以提高学习和记忆能力n 副 而n r 2 b 对视觉皮层可塑性 却没有影响 而是由n r 2 a 来负责调控h 引 在对前脑区主要神经元和海马区中消 除n r 2 b 发现前脑区消除n e 2 b 的小鼠存在广泛的记忆缺陷 而在海马区消除 n r 2 b 的小鼠并不伤害海马依赖性的隐藏平台水迷宫行为 但是影响选择性短程 空间工作记忆h 5 1 在调控空间记忆方面 海马区和海马外区域共同发挥着重要 作用 n m d a 受体n b 2 a 亚基或者是该亚基的c 端细胞内区域缺失突变的存在空 间工作记忆缺陷 而在空间参考记忆则表现正常m 1 a m p a 受体g l u r l 敲除的小 鼠也表现出空间工作记忆 s 1 m 的缺陷 而对空间参考记忆 s r m 没有影响 影响海马区c a 3 c a i 之间的长时程增强 通过前脑定位表达g l u r l 可以恢复空 间工作记忆 s 删 同时也恢复海马区c a 3 c a l 长时程增强 7 矧 这说明在调 控两种空间记忆方面存在不同的分子机制 海马c a l 区被认为把新记忆转变为长时程记忆的重要区域 c a l 特异性的 n r l 敲除小鼠突触的n m d a 依赖突触可塑性消失 并且在水迷宫学习记忆行为中 也有缺陷 c a l 区n m d a 受体对记忆调控具有阶段性 主要调控的是记忆的巩固 过程 而对记忆的挽救和长时程空间记忆的后阶段巩固没有影响 引 这个结果 提示记忆的巩固依赖于n m d a 受体的再次激活 可能是加强特定位点的突触改变 以巩固记忆 这种突触增强机制可能是把海马区的新记忆转化为皮层永久记忆 的细胞水平的手段 在研究海马c a 3 区对快速自动条件记忆的调控中发现 c a 3 椎体细胞特异性敲除n m d a 受体小鼠的条件记忆行为存在缺陷咖1 g l u r l 受体敲除小鼠具备有把简单的暗示奖赏联系起来的学习能力 但是 它不能将这种提示结合到新的学习行为中去 这种行为与后杏仁基底外侧核 b l a 损伤相似 g l u r l 在后杏仁基底外侧核突触可塑性行为中具有重要作用 啼订0 而g l u r 2 敲除小鼠则表现出杏仁中央核损伤类似的巴浦洛夫仪器转移缺陷 5 2 1 在联想性学习中发现 杏仁和海马区g l u r l 的完全敲除和不完全对联想性 恐惧学习有影响 部分敲除g l u r l 的小鼠仍具备学习简单测试的能力旧1 m