Arc基因与幼龄鼠和成年鼠记忆能力形成的相关性

发布时间：2020-07-22 13:31

【摘要】：忆的形成分为两个时相，短期记忆的形成通过修饰现有蛋白质改变突触可塑性。长期记忆的形成需要新的基因转录和蛋白产生以稳定发生的这些变化。神经元通过几种形式改变突触强度，使得长时程增强（LTP）时特异的突触活动增强，长时程抑制（LTD）时特定的突触活动削弱。研究报道，即刻早期基因（Immediate-early genes, IEGs）参与与学习记忆相关的突触可塑性的变化，研究较多的是c-fos和Egr1基因，而Arc是长期记忆的形成所特别需要的，并影响所有这些突触可塑性的形式。Arc在大脑的谷氨酸能神经元表达以适应行为和学习增强的突触活动，其转录和蛋白质合成的定位被严格调控，在树突、突触后密集区和核高度表达。研究发现大脑海马是帮助人类处理长期学习与记忆、声光、味觉等事件（即叙述性记忆）的主要区域。大脑海马不仅制造记忆，也存储记忆。由于海马受损可导致记忆缺失症即会丧失记忆，又会使患者失去设想未来的能力。McIntyre等[12]将Arc拮抗剂AOD注射鼠海马，可阻断其mRNA或蛋白在高频刺激后的快速表达，破坏LTP的维持，不能巩固长期记忆。Arc基因敲除鼠表现出记忆损伤，对长时间的空间、恐惧和味觉不能形成记忆。表明Arc调节LTP的后期阶段，对维持LTP具有重要作用。海马神经元激活后，Arc mRNA在30min内可转运至树突，并在突触活动部位积累、翻译。记忆无疑受衰老和疾病的影响，已研究报道在衰老的海马Arc基因转录和蛋白表达水平下降，但有关幼年阶段Arc与记忆能力的相关性未见研究报道，因此本文拟探讨海马Arc与大鼠不同发育阶段记忆能力的相关性，以探索疾病导致突触可塑性功能障碍的分子机制。 DNA甲基化需要在CG丰富的基因调控区域或在特定的CG位点添加甲基。这些CpG位点或“岛”通常在哺乳动物基因启动子区域内或附近，约有40%的基因包含一个CpG岛。DNA甲基化在发育领域已广泛研究，认为这是一个静态过程[15-17]。然而，最近的研究表明在成熟的中枢神经系统DNA甲基化仍然是一个活跃的过程，并且可能通过学习和记忆加工快速地、动态地被调节，干扰此过程能破坏长期记忆的巩固[18,19]。本研究拟探讨Arc基因DNA甲基化对Arc转录及记忆形成的影响。主要研究结果： 1、应用Morris水迷宫对2月龄幼龄鼠和6月龄成年鼠进行定位航行训练，发现幼龄鼠和成年鼠平均逃避潜伏期逐渐降低，第3天显著低于第1天（p0.05），尤其是幼龄鼠，表明其学习、记忆能力强，但其平均逃避潜伏期仍高于成年鼠，虽无显著性，但记忆能力已接近成年鼠，只是不稳定。随着定位航行训练入水次序及训练天数的增加，幼龄鼠逃避潜伏期缩短（P=0.02～0.001），而成年鼠则不同，在训练的当天随着入水次序的增加，逃避潜伏期缩短，尤其是后两次与第一次比，差异显著（P=0.03～0.01），但第2天逃避潜伏期不仅与入水次序有关，而且与放入点有关，随着放入点距离的增大，逃避潜伏期相对延长（P=0.03～0.01）；至第3天逃避潜伏期与入水次序及距离均无关，形成稳定的记忆能力。幼龄鼠的穿越平台次数多于成年鼠，在目标象限的停留时间也长于成年鼠，虽然差异不显著，但可说明其空间探索能力低，也进一步说明其记忆能力接近成年鼠。 2、RT-PCR检测发现，在静息状态时Arc mRNA在幼龄鼠和成年鼠海马中的表达无明显差别；经定位航行训练后，其海马Arc mRNA的表达量明显高于对照组，且成年鼠高于幼龄鼠。 3、免疫组化检测幼龄鼠和成年鼠海马组织，结果显示，经水迷宫实验进行行为训练的大鼠Arc蛋白表达量高于未接受行为训练的对照组大鼠，且接受行为训练的成年鼠Arc蛋白表达量高于幼龄鼠。表明Arc与大鼠空间认知相关，且与年龄相关。 4、FISH检测发现定位航行训练组大鼠海马Arc mRNA表达量高于未接受行为训练的对照组大鼠，且接受行为训练的成年鼠Arc表达量高于接受行为训练的幼龄鼠。 5、RT-PCR及FISH结果显示在幼龄鼠和成年鼠海马Alpha-CaMK2a、ERK1、ERK2、NMDAR2AmRNA的表达无明显差别；经定位航行训练后，在海马的表达量明显高于对照组，且成年鼠高于幼龄鼠，与Arc的表达情况一致。表明Arc与上述因子相互作用，构成信号传导通路，完成突触活动。 6、MS-PCR检测及序列分析显示，与正常对照组幼龄鼠对比，定位航行训练幼龄鼠和成年鼠Arc启动子第8和24位点均无甲基化，但成年鼠定位航行训练组与正常对照组对比，甲基化位点无变化。这就可以解释为什么定位航行训练的成年鼠Arc表达量高于幼龄鼠。幼龄鼠和成年鼠Arc基因内DNA无甲基化。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R3416
【图文】：

转录调节,断尾

转录调节、运输、断尾（dock）[67]。Arc 表达是由应答突触活性的调信号诱导的。图中描绘了突触激活应答因子(SARE)和 Arc 开放阅读的基因，作为对这些转录因子结合位点。伴随转录，Arc mRNA 顺式运输 mRNPs。mRNA 在树突定位并稳定是基于微管运输和局部依赖。在翻译中，Arc RNA 是经受快速的非感应介导的 RNA 衰变。NA 天生是裸露的，被包装成信使核糖核蛋白(mRNP)粒子(也包含同源 RNA 结合蛋白，组成翻译机制，RNA 运输包含分子退。mRNP 组装是一个复杂的、不完全清楚的过程，从细胞续(图 1)。Arc 3’UTR 包含两个顺式作用树突靶向因子(DTE)，录通讯 mRNA 树突局限化所必需的[52]。令人惊讶的是，切除注射入胞质的 Arc RNA 向树突运输[53]。一旦在胞质中，运输Arc 编码区的 11 个核苷酸的应答因子，作为异质的核糖的结合位点。A2RE 是在其他几个运输到树突的 mRNAs 发现

磷酸化,巩固期,文献综述,快速降解

第一章文献综述P 巩固期间 Arc 蛋白快速降解(图 2)。，后期 LTP 的形成涉及持久的结构变化，包括棘的放大[88,89]。这些结构上的变化取决于 F-actin学的一个主要条件因子是 cofilin，其磷酸化状态udi[61]的研究中，抑制 LTP 的维持与过度磷酸化失新生的突触肌动蛋白相关。重要的是，Arc A白的药物----jasplakinolide 阻断。综上所述，这动力学促进 LTP 维持。

Morris水迷宫,认知能力

年龄大鼠的认知能力鼠和成年鼠定位航行训练逃避潜伏期、表 1 可知随着定位航行训练天数的增加，幼龄鼠和成年降低，第 3 天显著低于第 1 天（p<0.001），尤其是幼龄鼠力强，但其平均逃避潜伏期仍高于成年鼠，虽差异不显著接近成年鼠，只是不稳定。表1幼龄鼠和成年鼠Morris水迷宫逃避潜伏期分析第一天第二天 39.46±29.29 21.46±21.33* 1224.53±19.8& 14.85±12.27a 10.0=3.143，p=0.002；**t=5.727，p<0.001；a t=2.878，p=0.005；b t= p=0.006间

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