GABA_A受体的节律性降解及其调控睡眠的机制研究

发布时间：2020-05-29 11:07

【摘要】：睡眠是一种自发的、可逆的行为状态,睡眠过程中伴随着主观意识下降,对外界刺激反应降低。睡眠行为高度保守,从低等动物到高等哺乳动物都具有睡眠及睡眠样的行为。研究发现,睡眠主要受到生物节律和睡醒稳态两个内在系统调控。目前,对于哺乳动物的中央节律神经元核团参与睡眠调控相关分子机制的研究不是很清晰。同时,研究人员发现果蝇中也存在睡眠样行为,果蝇的节律系统与哺乳动物的同源性很高。因此本论文以果蝇为模式动物,运用了遗传学、分子生物学、电生理技术以及行为学等生物手段解析了Fbxl4蛋白在腹外侧神经元(l-LNvs)中动态表达,从而介导GABA_A受体节律性降解调节睡眠的相关分子机制。研究发现,腹外侧神经元(l-LNvs)的GABA_A受体在清晨和黄昏的含量不同,除了Wake蛋白在黄昏时对GABA_A受体募集作用外,主要是GABA_A受体在清晨和黄昏时分被降解的量不同,而GABA_A受体的具体被降解机制不是很清晰。通过RNAi筛选,我们发现Fbxl4蛋白水平降低后,GABA_A受体蛋白水平增加;随后体内体外泛素化实验结果显示Fbxl4介导GABA_A受体泛素化,并且这种降解作用主要发生在清晨时分。同时研究发现Fbxl4的转录水平是CLOCK依赖的,从而介导GABA_A受体的节律性降解。通过免疫荧光染色显示,Fbxl4蛋白在清晨时分(ZT0)表达量最高黄昏时分(ZT12)表达量较低,而Fbxl4对GABA_A受体的降解是剂量依赖的,所以这暗示Fbxl4蛋白在清晨时分(ZT0)对GABA_A受体降解量较多。之前研究报道,腹外侧神经元(l-LNvs)上GABA_A受体的数量会影响细胞的兴奋性。通过电生理全细胞记录腹外侧神经元(l-LNvs)的自发放电模式,结果显示与野生型相比,fbxl4突变体的腹外侧神经元(l-LNvs)的动作电位自发放电频率更低,这说明Fbxl4蛋白缺失会降低腹外侧神经元(l-LNvs)细胞活性。而饱和GABA喷射实验结果显示fbxl4突变体中GABA电流幅度更大,暗示着Fbxl4蛋白缺失后腹外侧神经元(l-LNvs)细胞膜上的GABA_A受体数量比野生型更多,从而影响了腹外侧神经元(l-LNvs)的细胞活性。因此,我们对野生型和fbxl4突变体果蝇的睡眠行为检测时发现,fbxl4突变体的睡眠基线比野生型高,睡眠潜伏期比野生型短。不仅如此,fbxl4突变体可以部分挽救腹外侧神经元(l-LNvs)中GABA_A受体减少睡眠降低的表型,进一步说明Fbxl4蛋白对GABA_A受体节律性降解来调控睡眠。本论文研究揭示了fbxl4基因转录水平受到重要节律分子CLOCK调控,而Fbxl4蛋白在腹外侧神经元(l-LNvs)中节律性降解GABA_A受体,从而对睡眠具有调控作用。这项研究阐明了节律系统怎样通过调控下游分子Fbxl4蛋白的动态变化,从而调控睡眠和觉醒的发生,为节律系统如何影响睡眠稳态系统的研究搭建了桥梁,提供了新的研究线索。
【图文】：

维也纳神经学家Baron Constantin von Economo发现脑炎患者伴随着过度嗜睡的问题，虽然他没有鉴定出感染脑炎的致病病毒，但是von Economo仔细描绘了被该病毒所破坏的脑区（图1-1 A），并且他提出一个假设：在脑干区域存在上行觉醒系统对维持前脑的觉醒有着非常重要的作用。几十年后，人们证实了von图 1-1：上行网状激活系统的解剖结构（A）人的脑干结构图（摘自 von Economo 的手稿）（B）上行觉醒系统相关核团的示意图（C）腹外侧视前核 VPLO 对上行觉醒系统核团的投射示意图A B C

人们尝试用flip-flop转化模型来解释睡眠和觉醒的关系（图1-2）[21, 35,36]，控制觉醒的单胺类神经元核团与腹外侧视前核互相具有抑制作用。在觉醒时，单胺类核团神经元（图1-2 A 红色区域）对腹外侧视前核（VLPO）的抑制作用大于腹外侧视前核对单胺类核团的抑制作用（图1-2 A 紫色区域），此时食欲素（orexin）神经元（图1-2 A 绿色区域）会释放食欲素，，食欲素是一种神经肽，分泌食欲素的神经元核团仅仅存在下丘脑外侧区（LHA）的后半侧。由于腹外侧视前核上没有食欲素的受体，食欲素神经元分泌的食欲素只作用于单胺能神经元，从而激活单胺能神经元促进觉醒；而当睡眠发生时，腹外侧视前核（VLPO）对单胺类神经元核团群的抑制作用占主导，腹外侧视前核（VLPO）释放的 -羟基丁酸（GABA）不仅对单胺类神经元有抑制作用，同时也能抑制食欲素神经元活性，从而进一步抑制了单胺类神经核团的活性，导致睡眠的发生。1.1.3 睡眠中枢神经元的调控作用许多研究证明
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R338

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本文编号：2686842