跳到主要内容
访问密钥 NCBI主页 MyNCBI主页 主要内容 主导航
神经元。作者手稿;PMC 2009年10月23日发布。
以最终编辑形式发布为:
预防性维修识别码:项目经理2634746
美国国立卫生研究院:美国国立卫生研究院77138
PMID:18957222

全反式维甲酸在稳态突触可塑性中的突触信号传递

关联数据

补充材料

总结

正常的大脑功能要求神经回路中的整体突触活动保持不变。神经活动的长期变化通过一个称为突触缩放的过程导致突触强度的稳态调节。突触缩放的分子机制基本上尚不清楚。在这里,我们报道了全反式维甲酸(RA),一种众所周知的发育形态发生素,意外地调节了突触尺度,以响应活动阻断。我们发现,活动阻断可增加神经元中RA的合成,而急性RA治疗可增强突触传递。RA诱导的突触强度增加被活动阻断诱导的突触缩放所阻断。抑制RA合成可防止突触缩放。这种新形式的RA信号通过翻译依赖但转录依赖的机制运作,导致突触后谷氨酸受体水平上调,并需要RARα受体。总之,我们的数据表明,RA作为一种信号分子,通过蛋白质合成依赖性机制增加突触强度,在稳态可塑性中发挥作用。

引言

正常的神经系统功能要求神经元保持恒定的整体活动水平,并在单个突触的相对强度之间保持平衡。恒定的神经活动水平是通过突触缩放实现的,这是一种稳态突触可塑性的形式(Davis,2006年;Turrigiano和Nelson,2004年). 在突触缩放中,神经元的所有突触都以乘法的方式同时进行修改,对更强的突触进行更大的突触调整,从而保持整个电路的相对突触权重(Thiagarajan等人,2005年;Turrigiano等人,1998年)(但请参见Echegoyen等人,2007年). 一些信号通路已被证明在哺乳动物中枢神经系统中调节各种形式的稳态突触可塑性果蝇属神经肌肉接头。例如,研究表明,神经元活动减少可能通过上调βCaMKII的转录,降低神经元中α/βCa–MKII蛋白的比率(Thiagarajan等人,2002年). Arc/Arg3.1的水平,这是一种由大脑中与信息编码相关的神经元活动快速诱导的即时早期基因(Guzowski等人,2005年),通过与内吞途径的直接相互作用调节稳态可塑性(Shepherd等人,2006年). 果蝇属神经肌肉连接,稳态突触生长受突触释放的生长因子TGF-β调节(斯威尼和戴维斯,2002年). 除这些神经元/肌肉自主因子外,神经胶质衍生因子(如细胞因子TNFα)也被证明可以控制突触强度,并影响稳态突触可塑性(Beattie等人,2002年;Stellwagen和Malenka,2006年).

稳态可塑性的一种特别具有特征性的形式是河豚毒素(TTX)和NMDA受体拮抗剂APV慢性阻断神经元活动所诱导的突触强度增加。最近的一系列研究表明,这种形式的稳态可塑性是由同源GluR1受体的局部合成和突触插入介导的,这导致突触谷氨酸受体反应增加,表现为单一自发微型EPSCs的振幅增加(Ju等人,2004年;Sutton等人,2006年;Sutton等人,2004年). 虽然已经确定了几种在神经元活性增加时触发树突状蛋白合成的生化信号途径(Kelleher等人,2004年;Klann和Dever,2004年;Schuman等人,2006年),这种不活动诱导的突触缩放所涉及的信号通路尚待确定。

在发育过程中,全反式视黄酸(RA)通过与视黄酸受体(RAR)蛋白结合来调节基因转录,视黄酸受体是核受体家族中具有良好特征的转录因子。在神经系统中,RA信号参与神经发生和神经元分化。越来越多的证据表明RA信号也可能在成熟大脑中发挥重要作用(Lane and Bailey,2005年). 具体来说,RA在成人大脑的各个区域迅速合成(Dev等人,1993年). 视黄醇代谢和信号不足导致突触可塑性和学习受损(Chiang等人,1998年;Cocco等人,2002年;Misner等人,2001年)可能导致神经系统疾病(Lane和Bailey,2005年). 与RA可能在神经元的有丝分裂后特性中发挥作用的观点一致,最近的一项研究表明,RA通过与RA-受体RARα的一种新的、细胞表面暴露的变体结合,诱导培养神经元中的棘突形成(陈和那不勒斯,2008).

在这里,我们报道RA是培养神经元和脑片中突触强度的一个强有力的调节器。我们证明,活动阻断-诱导稳态可塑性-强烈刺激神经元RA合成。我们还表明,RA会迅速增加突触强度,而活动依赖性突触放大会阻止随后RA诱导的突触强度增加。此外,使用shRNA敲低神经元中RARα的表达,可以阻断RA诱导的和活性阻断诱导的突触缩放。用选择性激动剂直接激活RARα模拟了RA的作用,表明RARα在稳态可塑性中的重要参与。在我们的实验中,RA的突触效应独立于新树突棘的形成,而是通过刺激新突触后谷氨酸受体在现有突触中的合成和插入来发挥作用。因此,我们的结果表明,RA作为一种新的突触信号发挥作用,在稳态可塑性过程中通过RARα发挥作用,通过增加突触后谷氨酸受体反应的大小来上调突触强度。

结果

RA介导兴奋性突触传递的缩放

我们从5-7天的体外培养切片中检测了海马锥体神经元的突触传递。将RA(1µM)添加到培养液中两小时后,与DMSO处理的神经元相比,观察到微型兴奋性突触后电流(mEPSC)振幅显著增加(图1A和B). RA治疗未改变mEPSC频率。类风湿关节炎对突触传递的快速影响有点令人惊讶,这提出了一个问题,即我们是否可以在分离培养的神经元中观察到类似的现象。事实上,在RA治疗30分钟后的一小时内,原代培养海马神经元中的mEPSC振幅显著增加(图1C). 与培养切片的结果类似,RA诱导的突触传递增加并不涉及mEPSC频率的增加(图1F)这表明了一种突触后机制。对二甲基亚砜或类风湿性关节炎治疗后mEPSC振幅分布的分析表明,类风湿性关节炎诱导的突触强度增加是乘法性的,而不是加法性的(图1D和E; 比较1D中的绿点和虚线),让人联想到网络活动减少导致的突触缩放(Thiagarajan等人,2005年;Turrigiano等人,1998年). 最近的一份报告表明,RA通过激活细胞表面的RAR受体RARα来诱导快速脊柱形成(陈和那不勒斯,2008). 然而,我们观察到RA治疗后脊柱密度没有增加(图1GS1(第一阶段))与mEPSC频率无变化一致。因此,至少在我们的条件下,RA会导致现有突触的功能改变,而不会引起新的棘和突触的大量诱导。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为nihms77138f1.jpg
RA诱导突触缩放

(A) 分离培养物中对照(DMSO)和RA处理神经元的典型mEPSC痕迹。比例尺:20 pA,20 ms。(B)对培养海马脑片进行急性RA(1µM)治疗可显著增加锥体神经元中mEPSCs的振幅,但不增加其频率(DMSO,n=11;RA,n=16;*,p<0.0005)。(C) RA治疗增加了分离神经元培养物中的mEPSC振幅(每组n=11;*,p<0.01)。(D) 和(E)RA乘法放大mEPSC振幅。(D) 根据排序的控制振幅(绿点)绘制排序的RA振幅,数据最好用乘法(实线)而不是加法(虚线)来描述mEPSC振幅的增加。红点是对照控件绘制的控件,斜率为1。最佳拟合:RA=控制×1.68–5.14,R(右)=0.989,p<0.0001。(E) DMSO(红色)和RA(绿色)处理神经元的mEPSC振幅累积分布(每组11个)。将DMSO分布放大1.68倍,可以很好地拟合RA处理的分布(黑线)。(F) RA治疗不会改变mEPSC的平均频率(每组n=11,p>0.9)。(G) 急性RA治疗未诱导新的脊柱形成。将转染GFP的神经元用DMSO或1µM RA处理1小时并固定。RA未引起明显的形态学改变。比例尺:5µm。

受RA诱导的突触放大的吸引,我们接下来直接问RA是否参与了活动阻滞诱导的稳态突触可塑性。为了测试这个问题,我们使用了柠檬醛,一种视黄醇脱氢酶(ROLDH)抑制剂(Di Renzo等人,2007年;Song等人,2004年;Tanaka等人,1996年),在RA合成途径中将全反式维甲酸氧化为全反式维他命的酶(Lane和Bailey,2005年). 与以往研究一致(Ju等人,2004年;Sutton等人,2006年;Sutton等人,2004年)我们发现,用TTX和APV阻断神经元活动24小时后,培养神经元的mEPSC振幅显著增加(图2A). 添加柠檬醛阻止了这种增加(图2A). 此外,我们用视网膜脱氢酶(RALDH)抑制剂4-二乙氨基苯甲醛(DEAB)阻断了RA的合成(Russo等人,1988年),催化ROLDH的下一步氧化并将所有反式受体转化为RA的酶。与柠檬醛类似,DEAB完全阻断了活动阻断引起的突触缩放(图2B). 这些结果表明,RA合成是活性阻断诱导的突触缩放所必需的。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为nihms77138f2.jpg
RA介导活性阻滞诱导的突触缩放

(A) ROLDH抑制剂柠檬醛阻断TTX+APV诱导的突触缩放。在电生理记录之前,用柠檬醛(5µM)或二甲基亚砜(DMSO)和TTX+APV处理神经元24小时。而TTX+APV单独诱导突触缩放(每组n=10,*,p<1×10−4)活动阻滞未引起突触标化(每组n=9,p>0.2)。(B) RALDH抑制剂DEAB(10µM)也阻断了TTX+APV诱导的突触缩放(每组n=11,*,p<0.005;n.s.,p>0.5)。(C) 用TTX和APV阻断培养切片中的神经元活动可诱导突触缩放,随后的RA治疗可进一步增加闭塞(n=10/组,*,p<0.005)。(D) 在原代培养中,活性阻滞诱导的突触标度阻断了RA诱导的进一步标度(n=10/组;*,p<0.01)。

如果活动阻滞诱导的突触标度是由RA信号介导的,则应阻断直接RA治疗诱导的进一步标度效应。在海马薄片和原代培养物中,TTX和APV阻断神经元活动24小时后,突触强度的稳态增加,表现为锥体神经元的mEPSC振幅显著增加,阻断RA治疗的后续作用(1µM,切片培养2小时,原代培养30分钟)(图2C和D). 综上所述,这些数据强烈表明RA与稳态突触可塑性密切相关。

阻断神经元活动可增加RA合成

活动阻滞诱导的突触缩放是由RA信号介导的,这一有趣的可能性促使我们研究RA合成是否可以以活动依赖的方式进行调节。类视黄醇以视黄酯的形式储存在细胞内,视黄酯在需要时转化为视黄醇。视黄醇随后代谢为RA(Lane and Bailey,2005年). 视网膜脱氢酶(RALDHs)催化直接从视网膜生成RA的氧化(图3A). 在完全分化的海马神经元中检测到高水平的RALDH1 mRNA和蛋白,表明RA可以直接在神经元中合成(图3AS2系列) (Wagner等人,2002年). 为了检测活动阻断是否会增强神经元中的RA水平,我们采用了一种广泛使用的基于维甲酸反应元件(RARE)的报告系统体内在体外检测RA(Suzuki等人,2006年;汤普森-哈斯克尔等人,2002年;Wagner等人,1992年). 我们制作了一个报告构建物,包含维甲酸反应元件DR5变体的三个拷贝(直接重复,间隔5 bp)和一个GFP报告基因(3xDR5-RARE-GFP),用于监测培养神经元中RA的产生(图3B). 该检测系统在HEK293细胞中得到验证,在该细胞中,当用3xDR5-RARE-GFP报告子瞬时转染RA直接处理时,GFP显著增加(图S3A和B).

保存图片、插图等的外部文件。对象名为nihms77138f3.jpg
活动阻断增加神经元中RA的产生

(A) 海马神经元中RALDH1的表达。13个DIV海马神经元对RALDH1(绿色)表现出较强的免疫反应性。神经树突和细胞体用MAP2抗体标记(红色)。比例尺,10µm。(B) 3xDR5-RARE-GFP报告结构示意图。GFP报告子由胸苷激酶(TK)启动子驱动。转录受上游RARE序列调控,该序列由3个DR5-RARE拷贝组成。(C) 不同处理下神经元中3xDR5-RARE-GFP报告基因表达的示例图像。比例尺,10µm。(D) TTX和APV 24小时的活性阻断显著增加了神经元中3xDR5-RARE-GFP报告基因的表达,而未改变对照组GFP的表达(n=10/组;*,p<1×10−4,单因素方差分析)。TTX治疗24小时并没有增加报告者的表达(n=9,p>0.3)。(E) DEAB以剂量依赖的方式阻止TTX+APV治疗后3xDR5-RARE-GFP报告基因表达的增加(n=10/组;*,p<0.0005;n.s.,p>0.4)。(F) 和(G)长时间的神经元活动阻断(>8小时)显著增加了转染3xDR5-RARE-GFP报告基因的共镀HEK293细胞中GFP的表达水平,而不影响对照组的GFP表达(n=15/组,*,p<0.01)。比例尺,10µm。所有统计分析均采用单因素方差分析。误差条代表SEM。

我们用3xDR5-RARE-GFP转染13 DIV的神经元,6小时后检测GFP荧光强度。与未经治疗的情况相比,TTX和APV治疗24小时显著增加了GFP报告基因的表达,而缺乏RARE调节序列的对照GFP构建物的表达没有变化(图3C和D). 有趣的是,用TTX单独阻断神经元活动24小时,这是一种机制上不同形式的突触缩放协议(Sutton等人,2006年),GFP报告基因表达没有显著增加(图3C和D).

为了进一步验证GFP报告基因表达增加反映了神经元RA的合成,我们检测了RA合成阻滞剂DEAB对报告基因表达的影响。DEAB与TTX和APV一起加入神经元,以剂量依赖的方式减少GFP报告信号(图3C和E). 浓度为10µM时,可阻止TTX+APV诱导的突触缩放(图2B),DEAB完全阻断了RA的合成,如报告人表达缺乏显著增加所示(图3E). 值得注意的是,即使DEAB浓度最高(100µM),也可能完全阻断RA合成,GFP报告基因的表达水平与模拟处理神经元中的表达水平相当,这表明在基础条件下(无活动阻断),神经元中的环境RA水平非常低。

为了排除观察到的GFP报告基因表达增加是由作用于报告基因的神经元一般转录和/或翻译活动中的活动依赖性变化引起的可能性,为了直接测试RA是否可以作为作用于邻近细胞的扩散信号(即以细胞非自主方式发挥作用),我们使用转染3xDR5-RARE-GFP报告子的HEK293细胞重复了RA检测实验。转染一小时后,HEK293细胞与神经元共培养。与模拟治疗组相比,早在TTX和APV治疗开始后8小时,HEK293细胞中的GFP表达就显著增加,并且这种差异在活性阻断开始后24小时保持不变(图3F和G). 直接用TTX+APV处理HEK293细胞24小时,并不影响3xDR5-RARE-GFP报告基因的表达(图S4A). 此外,缺乏RARE序列的对照GFP结构在这些条件下没有表现出表达差异(图3G). 虽然直接贴在神经元上的HEK293细胞能够检测到TTX和APV处理的神经元中RA水平的增加,但从TTX和AP处理24小时的神经元培养物中收集的条件培养液并没有增加HEK299细胞中3xDR5-RARE-GFP报告基因的表达(图S4B). 条件培养基中缺乏游离RA可能是由于其亲脂性和不稳定性。

综上所述,这些结果表明,TTX和APV治疗阻断神经元活动会显著增加神经元中的RA水平,RA在这些神经元和周围细胞中发挥局部作用。

RA促进含有GluR1的AMPA受体的表面表达

RA治疗后mEPSC振幅选择性增加,但频率没有增加,RA对脊椎密度没有影响,这表明RA在突触后起作用,以增强现有突触的突触强度。为了研究RA是否通过增加突触后AMPA受体功能来增加突触传递,我们对用DMSO(载体)或1µM RA处理的神经元的细胞表面进行染色,以检测表面表达的GluR1和GluR2 AMPA受体亚单位(图4A). 事实上,RA显著增加了GluR1的表面水平,但没有增加GluR2的表面水平(图4B).

保存图片、插图等的外部文件。对象名为nihms77138f4.jpg
RA增加同源GluR1受体的表面传递

(A) DMSO或RA治疗30分钟后,神经元中GluR1和GluR2的表面染色。药物洗脱后一小时进行染色。比例尺,10µm。(B) RA治疗增加了表面GluR1水平,而不影响GluR2水平(n=10个神经元/组;*,p<0.0005)。(C) DMSO或RA处理30分钟后,或TTX+APV处理24小时后,原代培养神经元中表面GluR1的生物素化。(D) RA治疗和活性阻断均增加了表面GluR1的表达,但在24小时TTX和APV治疗后,RA未观察到额外的增加(n=3;*,p<0.01)。(E) 在分离的海马培养物中,(F)RA诱导的突触传递增加被Phanthotoxin-433(PhTx,5µM)完全阻断(n=8;*,p<0.05)。记录前10分钟,在浴缸中涂抹了PhTx。E中的比例尺:20 pA,20 ms。(G)RA诱导的培养切片神经元mEPSC振幅增加也对PhTx治疗敏感(n=10;*,p<0.01)。所有统计分析均采用单因素方差分析。误差条代表SEM。

我们还通过表面蛋白生物素化检测了表面GluR1的表达水平。RA或TTX+APV单独治疗显著增加了表面GluR1水平(图4C和D). 然而,同时应用这两种治疗并没有产生额外的增强效果(图4C和D),这与我们的电生理学结果一致,表明活动阻断诱导的突触标度阻断了RA诱导的突触体传递增加(图2C和D).

RA对GluR1表面表达的选择性增加表明在RA诱导的突触缩放过程中插入了同源的GluR1受体。活性阻断诱导的突触缩放由同源GluR1受体介导,并可被Phanthotoxin-433(PhTx)阻断,PhTx是缺乏GluR2亚单位的同源AMPA受体的阻断剂(Ju等人,2004年;Shepherd等人,2006年;Sutton等人,2006年;Thiagarajan等人,2005年). 事实上,RA诱导的mEPSC振幅的增加通过在分离培养物中浴敷5µM PhTx而逆转(图4E和F)在海马切片培养中(图4G)表明RA诱导的同源GluR1受体的突触插入是观察到的缩放效应的原因。相反,基础突触传递不受PhTx的影响(图S5)这与支持基础突触传递的AMPA受体是含GluR2的异聚受体的概念一致。

RA诱导树突中GluR1的转录依赖性局部翻译

活动阻滞诱导的,尤其是TTX和APV诱导的突触缩放需要树突状蛋白翻译(Ju等人,2004年;Sutton等人,2006年;Sutton等人,2004年). GluR1 mRNA存在于神经元树突中,并被认为是局部翻译的(Grooms等人,2006年;Miyashiro等人,1994年;Poon等人,2006年). 为了测试RA是否诱导突触后GluR1增加,我们研究了RA诱导的突触缩放是否依赖于基因转录或翻译。蛋白质合成抑制剂茴香霉素(40µM)在两种海马薄片培养物中阻断了RA诱导的mEPSC振幅增加(图5A)和分离的文化(图5B). 此外,茴香霉素或环己酰亚胺(100µM;参见图5C). 相反,转录抑制剂放线菌素D(50µM)未能阻断RA对mEPSC振幅或表面GluR1表达的影响(图5A、B和C). 因此,RA通过一种新的翻译依赖但转录依赖机制调节突触传递。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为nihms77138f5.jpg
RA诱导的突触缩放与转录无关

(A) (B)RA-诱导的突触缩放被蛋白合成抑制剂茴香霉素阻断,而在切片培养(A)和分离培养(B)的海马锥体神经元中,转录抑制剂放线菌素D未阻断(n=10/组;*,p<0.005)。在RA治疗前30分钟开始药物治疗,并与RA一起清洗。(C) RA治疗可选择性增加神经元表面GluR1水平,而GluR2水平保持不变。GluR1表面表达的增加被放线菌酮或茴香霉素阻断,但不被放线霉素D阻断(n=5;*,p<0.01)。

结合就地杂交和免疫细胞化学,我们发现GluR1 mRNA存在于神经元树突中(图6A),与以前的报告一致(Grooms等人,2006年). 接下来,我们检测了从3-4周龄大鼠海马分离的突触神经体中RA诱导的GluR1的局部翻译。突触神经元体制剂富含GluR1、PSD-95等突触蛋白,不含组蛋白H3等核蛋白(图6B). 用1或10对突触神经小体进行短暂治疗,未能在37°C下阻断RA M RA的作用10分钟,特别是增加了GluR1蛋白水平(图6C)而不是其他突触蛋白,如GluR2和PSD-95(图6D). 与我们从培养神经元获得的结果和局部蛋白翻译的特点一致,RA诱导的突触神经体GluR1合成增加被蛋白合成抑制剂茴香霉素和放线菌酮阻断,但不受转录抑制剂放线菌素D的影响(图6E). 综上所述,这些结果表明RA在神经元树突中以转录依赖的方式激活GluR1蛋白的局部翻译。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为nihms77138f6.jpg
RA诱导GluR1蛋白的局部翻译

(A) 在神经元树突和胶质细胞中检测到GluR1 mRNA。针对GluR1 mRNA(红色)的反义或正义探针用于荧光就地杂交。用MAP2抗体(蓝色)标记神经元胞体和树突。比例尺,10µm。(B) 相对于全细胞裂解物,GluR1和PSD-95在海马突触体部分富集,组蛋白H3选择性缺失。(C) 10分钟RA治疗(0.1、1或10µM)可诱导突触神经小体中GluR1的合成(n=4;*,p<0.005)。(D) RA治疗未改变GluR2、PSD-95和RARα的表达(n=4,p>0.5)。(E) 放线菌酮和茴香霉素阻止了RA诱导的突触体GluR1合成,但放线菌素D没有阻止(n=4;*,p<0.0005)。(F) 海马切片的MAP2(绿色)和RARα(红色)免疫荧光染色;上部面板的比例尺为200µm;下部面板为20µm)。

活动阻断和RA诱导的突触标度依赖于RARα

我们观察到的这种新型树突状RA信号传导的潜在介质是什么分子?传统的视黄醇信号传导由两类核受体介导,即视黄醇酸受体(RAR)和视黄醇X受体(RXR),其中每一类都有三种同型α、β和γAll-trans RA选择性激活RAR,但不激活RXR。在海马CA1–CA3锥体细胞中,高水平检测到RARα转录物和RARα蛋白(Krezel等人,1999年;Zetterstrom等人,1999年). 奇怪的是,RARα也存在于突触神经小体中,尽管其水平没有因RA治疗而改变(图6D). 成人海马脑片的免疫组织化学染色进一步证实,RARα不仅存在于细胞核中,而且也存在于树突中,这可以通过与体脂蛋白标记物MAP2的共定位来证明(图6F).

为了直接研究突触缩放是否需要RARα,我们使用了RARαshRNA构建物来急性抑制海马神经元中RARα的表达。这种方法使我们能够避免RARα阴性小鼠中的混杂因素,如异常神经元发育和围产期死亡(拉曼蒂亚,1999年;Lufkin等人,1993年;Mark等人,1999年). 表达三天后,RARαshRNA有效降低异种细胞和神经元中RARα的表达(图S6 A和B). 敲除培养神经元中的RARα不会改变基底突触传递(图7A–7C),表面GluR1或GluR2表达(图7E),或脊椎密度(图S7)表明RARα不参与维持突触AMPA受体的基础水平或脊椎形态发生。然而,活性阻断诱导的突触缩放和表面GluR1水平的增加均被完全阻断(图7A、B和E). 这一结果在培养切片的海马神经元中也得到了验证(图7D). 在所有条件下,表面GluR2表达水平保持不变(图7E). 与抗shRNA的救援RARα结构共表达(图S6A)完全恢复RARαshRNA表达神经元活性阻断诱导的突触标度(图7B). 类似地,RARαshRNA阻止了直接RA治疗诱导的mEPSC振幅的增加(图7C).

保存图片、插图等的外部文件。对象名为nihms77138f7.jpg
RARα是活动阻断和RA-诱导的突触缩放所必需的

(A–C)RARα敲除对原代培养海马神经元活动阻断和RA-诱导的突触标度的影响。(A) 从不同实验组的原代培养神经元记录到的mEPSCs的代表性痕迹。比例尺:20 pA,20 ms。(C) RARαshRNA阻断了分离培养物中RA-诱导的突触缩放(n=15/组;*,p<0.001)。(D) 慢病毒介导的RARαshRNA(n=10/组,p<1×10−4). (E) 活性阻断诱导了表面GluR1的显著增加,但GluR2免疫反应性没有显著增加,这完全被RARα敲除所阻断(n=50个树突,来自18个神经元/组;*,p<1×10−10).

虽然我们的结果表明,RA通过RARα发出信号,以转录依赖的方式调节局部GluR1的合成,但仍有可能观察到RARαshRNA对突触标度的影响是由于RARα的未记录基因组功能对树突中GluR1-转录物或翻译因子水平的影响。然而,转染三天后,RARαshRNA没有改变神经元中GluR1的总表达水平(图S8A). 此外,高K诱导的树突状GluR1和CaMKIIα合成+协议(Gong等人,2006年;Ju等人,2004年)RARαshRNA转染神经元与对照载体(pSuper)转染或邻近未转染神经元的强度相同(图S8 A和B). 这些结果排除了RARα敲除改变基础GluR1转录或影响一般树突状蛋白翻译机制的可能性,表明树突状RARα信号选择性参与突触缩放。

接下来,我们使用RARα选择性激动剂AM580直接检测了RARα激活对突触标度的影响(廖等,2004). 在原代培养的神经元中,1或10µM AM580处理诱导mEPSC振幅显著增加,在AM580洗脱后持续至少一小时(图8 A和B). 用1µM AM580治疗也显著增加培养海马脑片神经元的mEPSC振幅(图8C和D). 类似于RA在海马突触神经元中的作用,其诱导GluR1蛋白的快速合成(图6C)AM580治疗海马突触神经体10分钟也能显著增加GluR1水平(图8 E和F)表明树突中的RARα蛋白确实介导GluR1的局部翻译。综上所述,这些结果表明,RARα对于活动阻断或RA治疗诱导的突触缩放既必要又充分。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为nihms77138f8.jpg
RARα的药理学激活诱导突触缩放和局部GluR1合成

(A–B)用RARα特异性激动剂AM580(1µM)处理培养的分离海马神经元,以剂量依赖的方式在分离培养的神经元中诱导突触缩放(n=10/组;*,p<0.05)。比例尺:20 pA,20 ms(C–D)用1µM AM580处理培养海马脑片,显著增加神经元的mEPSC振幅(n=16/组,p<1×10−4). 比例尺:20 pA,20 ms(E–F)AM580增加了海马突触神经体中GluR1的合成(n=5;*,p<0.005)。

讨论

当神经元活动水平改变时,不同形式的稳态突触可塑性保持神经回路的稳定性和编码能力(Davis,2006年;Grunwald等人,2004年;Rich和Wenner,2007年;Turrigiano和Nelson,2004年). 稳态突触可塑性可能表现为突触前递质释放、突触囊泡负载特性、突触后受体功能或神经元膜特性的改变(Davis,2006年;Rich和Wenner,2007年). 在这项研究中,我们重点研究了TTX和APV活性阻断诱导的一种特定形式的稳态突触可塑性。早期研究表明,在这种形式的稳态可塑性过程中,TTX和APV阻断神经元活动可诱导AMPA受体的快速树突状合成和突触插入(Ju等人,2004年;Sutton等人,2006年). 在这里,我们表明RA作为突触信号,在这种活动阻断诱导的稳态可塑性过程中调节突触后AMPA受体水平的增加,并且RA通过调节树突状蛋白合成发挥作用。这种新形式的RA信号需要树突定位的RARα。该结论基于以下证据:

  1. TTX和APV阻断神经元活性可迅速增加培养神经元内源性RA的产生,这表明RA的合成受突触活性的调节。一种不同形式的突触缩放,仅由TTX治疗诱导,不涉及局部蛋白质合成(Sutton等人,2006年),未诱导神经元合成RA(图3).
  2. 外源性RA的应用以类似于突触缩放的倍增方式直接增加谷氨酸能突触传递(图1A–1F).
  3. 活动阻滞诱导的突触标度阻断RA诱导的突触体传递增加(图2C和2D).
  4. 用视黄醇脱氢酶抑制剂柠檬醛或视网膜脱氢酶抑制剂DEAB阻断RA合成可阻止TTX和APV阻断诱导的稳态可塑性的表达,表明RA是这种稳态可塑性所必需的(图2A和2B).
  5. RA诱导的突触传递增加涉及刺激GluR1型AMPA受体的合成和突触后插入,但不涉及GluR2型AMPA-受体(图4)如前所示,活性阻滞诱导的稳态突触可塑性(Ju等人,2004年;Shepherd等人,2006年;Sutton等人,2006年;Thiagarajan等人,2005年).
  6. 蛋白质合成抑制剂阻断RA诱导的突触传递增加(图5A和5B),如前所示,用于活性阻滞诱导的稳态塑性(Ju等人,2004年;Sutton等人,2006年). 蛋白质合成抑制剂还阻断RA诱导的GluR1受体的特异性合成和质膜插入(图5C).
  7. RA刺激GluR1的合成和插入,甚至在突触神经小体(一种缺乏细胞核的生化制剂)中,这表明RA的突触后效应是通过刺激局部蛋白质合成而起作用的(图6) (Ju等人,2004年;Sutton等人,2006年).
  8. 核受体RARα也存在于神经元树突中(图6D和F). 敲低RARα可阻断活性阻断诱导的和RA-诱导的突触缩放(图7).
  9. 选择性激活RARα增加兴奋性突触传递和突触神经体中GluR1的快速合成(图8).

值得注意的是,对于大多数这些观察,即在可能的情况下,我们在两个系统(培养的神经元和切片)中证实了这些发现,以确保这些发现不是分离培养神经元的特有现象。

RA作为稳态可塑性的信号分子的鉴定具有重要意义。RA可能在突触标度过程中作为一个局部扩散分子自主地发挥细胞作用。我们观察到,与神经元共同培养的表达RARE报告基因的HEK细胞能够检测到RA合成的增加,这表明RA至少在部分程度上是非细胞自主活动的,并支持RA作为短程扩散分子的观点。

与输入特异性突触可塑性(即LTP和LTD)不同,稳态突触可塑性通常被认为是由涉及所有突触修饰的神经元活动的全局变化触发的(Thiagarajan等人,2005年;Turrigiano等人,1998年;Turrigiano和Nelson,2004年). 然而,最近有研究表明,神经元树突节段中活动的局部变化也可以在一部分突触中诱导稳态补偿(Hou等人,2008年;Sutton等人,2006年). RA等可扩散信号有助于在神经元的多个突触,甚至附近神经元的多个突触中表达稳态突触可塑性。另一方面,由于RALDH蛋白存在于树突和轴突中,RA合成可以在局部实现,并在局部稳态补偿的情况下调节突触子集。RA可以以活动依赖的方式快速合成的概念扩展了有助于活动依赖性突触可塑性的信号分子列表,尽管RA的生物合成如何受神经元活动的调节尚待确定。

因为RA是发育过程中模式形成的重要调节器,是成年动物上皮组织维持所必需的(洛坦,1995年;莫里斯·凯和索科洛娃,1996年),RA的活性通过平衡RA的合成和代谢速率在组织中受到严格控制。已经鉴定了许多参与RA合成的关键酶和蛋白,包括血清视黄醇结合蛋白、细胞视黄醇结合蛋白、ROLDH、RALDH和细胞视黄酸结合蛋白。RA合成的最后一步,即RALDH催化视网膜氧化为RA,被认为是RA生物生成的速率限制步骤(Blomhoff等人,1991年). RALDH的表达受发育控制,并由激素和胆固醇代谢产物进一步调节(Huq等人,2006年;Ruhl等人,2006年). 神经元活动的改变可能通过改变神经元中RALDH的表达来调节RA的合成。除了RALDH活性外,RA的合成还可以通过视黄醇的可用性进行调节,视黄醇以视黄醇酯的形式储存在细胞内,这是一种由乙醚催化的反应:视黄醇酰基转移酶(Lane and Bailey,2005年). 视黄醇作为视黄醇酯的保留限制了RA的合成,并通过减少乙醚阻止了视黄醇脂的形成:视黄醇酰基转移酶活性增加了RA水平(Isken等人,2007年). 了解神经元活性如何调节RA合成中各种酶的表达水平,将有助于阐明神经元通过调节RA可用性来稳态维持其活性的机制。

除了类视黄醇外,其他分子因子,如即刻早期基因Arc/Arg3.1、CaMKIIα和β、TGF-β和胶质细胞衍生的TNFα也与稳态突触可塑性有关(Shepherd等人,2006年;Stellwagen和Malenka,2006年;斯威尼和戴维斯,2002年;Thiagarajan等人,2002年) (图9). 然而,RA不同于这些分子,因为它是第一个在稳态可塑性过程中调节树突状蛋白合成的分子。这些不同信号分子之间的潜在相互作用可能对需要翻译或转录事件的稳态可塑性不同阶段的机制有影响。例如,RA已被证明调节TNFα转录(Dheen等人,2005年;Nozaki等人,2006年)这表明神经元和胶质细胞信号通路在稳态可塑性中相互作用的令人兴奋的可能性。除了稳态可塑性,Arc/Arg3.1、CaMKIIα和RA信号也参与LTP和/或LTD(Chiang等人,1998年;Cocco等人,2002年;Lisman等人,2002年;Misner等人,2001年;Plath等人,2006年). 这些信号分子可能是多种形式突触可塑性共同机制的组成部分,而不是突触缩放的特定参与者。RA信号在发育中和成年大脑中独立调节转录和翻译的多功能性进一步表明,不同类型的突触可塑性可能在功能上相互作用。稳态可塑性的分子机制才刚刚开始被发现。一个主要的问题是RA是如何在突触缩放中达到这种惊人的效果的。我们的研究结果提供了初步证据,证明RARα是一种已知的调节转录的核受体,也参与神经元树突的翻译调节。RARα如何在树突中实现这种新的调控尚待确定。发现RARα蛋白在翻译激活后易位到树突状RNA颗粒(Maghsoodi和Chen,未发表的观察结果)。需要进一步的研究来描述这些不同信号通路在稳态和其他形式的突触可塑性中的相互作用。

保存图片、插图等的外部文件。对象名为nihms77138f9.jpg
神经元活动阻滞诱导稳态突触可塑性的信号通路

先前的研究表明,神经元活动减少(顶部),最终导致突触强度增加(底部),导致细胞内蛋白质Arc/Arg3.1和CaM激酶II(中部(Shepherd等人,2006年;Thiagarajan等人,2002年)诱导胶质细胞分泌TNFα(右(Stellwagen和Malenka,2006年). 我们在此提出,除了先前研究的特定形式可塑性所需的这些途径外,活性阻断还诱导RA合成增加,RA合成通过RARα发出信号,直接或间接刺激更多GluR1型AMPA受体的插入。因此,即使神经元活动减少,由于这些通路的激活,单个突触的强度增加,也会导致相同的整体突触传递水平。

实验程序

DNA构建

为了构建3xDR5-RARE-EGFP报告子,需要复制三份DR5维甲酸反应元件(de The等人,1990年)端对端插入pEGFP-N1(Clontech,Mountain View,CA)的AseI和BglII位点,这也删除了先前存在的CMV启动子。然后使用HindIII和PstI将来自pBS-DR5-RARE(安东尼·拉曼蒂亚馈赠)的胸腺嘧啶激酶启动子插入3xRARE下游的多重克隆位点。

使用以下引物从大鼠海马cDNA中扩增大鼠RARα-GFP:RARαF,5'-attctcgagatgatgtacgaagtagaagatc-3';和RARαR,5'-atatgaattcgtgggattgagtgctgggct-3',并插入pEGFP-N1的XhoI/EcoRI限制性位点(Clontech,Mountain View,CA)。

根据制造商的方案,将所有siRNA构建物插入pSUPER-Retro-GFP(Oligogene,西雅图,华盛顿州)。RARαsiRNA直接作用于大鼠RARα(NM_031528)的370–388碱基。其正义序列为:5'-gacaagaactgcatcatca-3’,反义序列为:5’-tgatgagttcttgtc-3’。为了产生抗siRNA的RARα,使用基于PCR的位点突变来诱导378碱基(C-T)的沉默突变。

抗体

本研究中使用了以下小鼠单克隆一级抗体:肌动蛋白(Chemicon,Temecula,CA)、FMRP(Chemicons)、GluR2(Chemicon2)、MAP2(Abcam)、PSD95(亲和生物试剂,Golden,CO)、Flag(Sigma)。使用了以下兔多克隆一级抗体:GFP(Abcam)、RALDH1(Abcam)、GluR1(癌基因Calbiochem,加利福尼亚州圣地亚哥)、Glu R1(Upstate,弗吉尼亚州夏洛茨维尔)、GluR2(Chemicon)、组蛋白、H3 CT(Upstate)、RARα(Santa Cruz Biotechnologies,加利福尼亚州圣克鲁斯)。使用了Jackson ImmunoResearch(宾夕法尼亚州西格罗夫)的以下二级抗体:抗小鼠Cy2、抗兔Cy2,抗小鼠Cy3和抗兔Cy3。

药物和化学品

从Sigma Aldrich购买了以下药物和化学品:全反式维甲酸、philanthotoxin-433、茴香霉素、放线菌素D、环己酰亚胺和苦曲霉毒素。河豚毒素购自Tocris Biosciences(密苏里州埃利斯维尔),D-APV购自Fisher。AM580来自Biomol International,LP(宾夕法尼亚州普利茅斯会议)。

细胞培养、转染、药物治疗和免疫标记

在胚胎第22天从大鼠大脑中制备初级海马培养物,并在补充有B-27和谷氨酰胺(Gibco-Brl,Grand Island,NY)的无血清神经基础培养基中培养两周在体外(Nam和Chen,2005年). 从7–8天大鼠幼崽中制备海马切片培养物(Schnell等人,2002年)并在补充有马血清(Hyclone、Logan、UT)、胰岛素(Sigma)和谷氨酰胺的Neurobasal-A培养基中保存。人类胚胎肾(HEK)-293细胞在添加10%胎牛血清(Gibco-Brl)的Dulbecco改良Eagles培养基(DMEM)中培养。使用Lipofectamine 2000(Invitrogen,Carlsbad,CA)按照之前描述的方案转染神经元(Nam和Chen,2005年). 根据制造商的说明,使用HEKfectin(BioRad,Hercules,CA)转染HEK293细胞。DMSO中全反式RA的储备溶液在处理前新鲜制备,DMSO在培养基中的最终浓度为0.05%或更低。用1µM TTX和100µM APV的24小时处理诱导分离培养物中的突触标度,用10µM TTX和1 mM APV 36小时处理诱导切片培养物中突触标化。在用2%多聚甲醛(15分钟,室温)固定并用含有0.3%Triton X100的PBS洗涤的培养物上进行免疫细胞化学,然后与一级和二级抗体孵育。

RA合成抑制剂处理

在DMSO中制备5mM柠檬醛(Sigma-Aldrich)储备溶液。在电生理记录之前,用5µM柠檬醛、TTX和APV处理神经元24小时。在DMSO中制备1M 4-二乙基氨基-苯甲醛(DEAB;Sigma-Aldrich)的储备溶液。连续稀释产生浓度为100mM、10mM、1mM、0.1mM和0.01mM的DEAB储备。神经元在活动阻滞开始时接受每种浓度的DEAB治疗(1:1000),并持续24小时。

慢病毒shRNA转移载体与慢病毒生产

使用以下引物从pBS-U6中扩增出人类U6(希望之城John Rossi博士):U6 BamHI F,5'-ataagaatgggcccgggatcagggg-3'和U6 RARαshRNA XbaI R,5'-gctctagaaaaaagacaactgcatcatcatctctgatgatgcagtttgtgtgtctctctcccatccaca-3',并克隆到pBS(Stratagene)中。然后将U6-RARαshRNA产物亚克隆到HIV U6 GFP-fill CMV-Neo(HU6G-fill CN)(加州大学伯克利分校David Schaffer博士的慷慨捐赠)中,以生成HU6RARαCN。人类突触蛋白(hSYN)-EGFP盒取代CMV-Neo盒,形成HU6RAα-SG。

慢病毒的产生如所述(34)。简单地说,使用磷酸钙法将人胚胎肾293T细胞与转移载体和三种辅助质粒pRSV-REV、pIVS-球状口腔炎G蛋白(VSVg)和pMDL-gag/pol以22.5、14.7、8和5.7µG DNA/15cm板进行转染。48小时后,将八个平板的上清液混合,以2000 rpm转速旋转5分钟,通过0.45µm过滤器,以25000 rpm转速通过蔗糖垫旋转1.5小时,将小球混合并以24800 rpm转速旋转1.5小时后再悬浮在100µl PBS中。

电生理学

在室温下对14–15个DIV培养的神经元进行全细胞斑贴灯记录,其中4–6 MΩ;斑贴吸管内充满含有(mM)120 CsCl,2 MgCl的内溶液2、5 EGTA、10 HEPES、0.3 Na-GTP,4钠2-ATP,pH 7.35。用外部溶液(mM,100 NaCl,26 NaHCO,2.5 KCl,11葡萄糖,2.5 CaCl2,1.3硫酸镁4,1.0 NaH2人事军官4). 在室温下,用4–6 MΩ的贴片吸液管填充含有(mM)140 CsCl,2 MgCl的内部溶液,从6–8 DIV切片中进行切片培养的贴片灯记录2、5 EGTA、10 HEPES、0.3 Na-GTP,4钠2-ATP,pH 7.35。连续将切片与外部溶液混合(mM,120 NaCl,26 NaHCO,2.5 KCl,11葡萄糖,2.5 CaCl2,1.3硫酸镁4,1.0 NaH2人事军官4). 对于mEPSC记录,河豚毒素(1µM)和苦毒毒素(100µM。将细胞保持在-60 mV的电压下。对于PhTx记录,在记录之前,将5µM PhTx或溶媒对照液浸泡10分钟。使用Synaptosoft的微型分析程序分析微型反应。

AMPA受体表面免疫细胞化学标记

在AMPA受体表面标记之前,用1µM RA或1µM TTX和100µM APV处理培养的海马神经元(14–15 DIV)。用含有1 mM CaCl的PBS清洗培养物2和0.5mM氯化镁2(PBS/Ca2+/镁2+)含4%蔗糖。将神经元与GluR1或GluR2的一级抗体在37°C下预孵育10分钟,以标记表面AMPA受体,并在冰镇PBS/Ca中清洗2+/镁2+用4%PFA+4%蔗糖固定后,用无洗涤剂封闭溶液(PBS加2%正常山羊血清,0.02%叠氮化钠)封闭细胞1小时,然后在室温下二次抗体培养1小时。

表面生物素化测定

用冷PBS/Mg清洗培养的海马细胞四次2+/钙2+,并且在冰冷的PBS/Ca中用1mg/ml的Ez-link磺基NHS SS生物素(Pierce,Madison,WI)对表面蛋白进行生物素化2+/镁2+在4°C下保持20分钟。用0.1 M甘氨酸在冰冷的PBS/Ca中清洗细胞2+/镁2+阻止表面蛋白质的进一步生物素化。用冷PBS再清洗四次后,用离心法收集细胞。用裂解缓冲液溶解生物素化细胞(PBS与1%triton-X、1%NP-40、10%甘油、25 mM MgCl2和蛋白酶抑制剂鸡尾酒)。将裂解液离心,以14000 rpm的速度去除细胞碎片和细胞核30分钟。将预清理的裂解液在4°C的温度下结合过夜,使用Ultralink-immoclized链霉亲和素珠沉淀生物素化蛋白。通过1000 rpm离心3 min去除非生物素化蛋白,并用裂解缓冲液洗涤珠子三次。生物素化表面蛋白在75°C下用变性缓冲液洗脱。Western blot分析检测表面表达的AMPA受体。

siRNA效率

转染前20小时,5×105每个孔的HEK293细胞接种在6孔板(BD)中。为了证实RNAi的疗效,将siRNA构建物与适当的靶构建物以3:1的比例联合转染。转染后24小时,细胞在2×10浓度的裂解缓冲液(50 mM Tris[pH7.5],150 mM NaCl,5 mM EDTA,1%Triton X-100,10µg/ml抑肽酶,1 mM PMSF)中裂解4细胞/微升。然后将裂解产物通过25 1/2 G的针,并在10%SDS聚丙烯酰胺凝胶上运行。将蛋白质转移到Immobilon-P PVDF膜(Millipore)中,在TBST(0.2%)中与5%非脂肪乳孵育1小时,并按照标准方案进行免疫印迹。检测采用HRP二次检测,然后采用增强化学发光法(皮尔斯,罗克福德,伊利诺伊州)。

KCl诱导的局部翻译

在KCl治疗前,用pSUPER或RARαsiRNA转染神经元四天。简单地说,将玻璃盖玻片上的神经元浸入高钾溶液中一次+溶液(12.5 mM NaCl、90 mM KCl、2.6 mM MgSO4,1 mM NaH2PO4,26.2 mM NaHCO,11 mM葡萄糖,10µM甘氨酸,2.5 mM CaCl2)在2.5 mM KCl NaHCO中持续1s,然后持续10s-缓冲溶液。在室温下重复三次,然后让神经元在37°C下恢复10分钟。培养10分钟后,立即固定神经元进行免疫细胞化学。

切片免疫细胞化学

将海马薄片(400-µm厚)固定在4%多聚甲醛中1小时,用PBS冲洗三次,然后用0.5%Triton-X100渗透1小时,然后用PBS再次冲洗三次。然后用50 mM NH处理切片4室温下氯化20分钟,用PBS冲洗三次,并在10%的正常山羊血清中封闭1小时。随后在4°C下用RARα和MAP2抗体孵育切片18小时,然后在PBS中洗涤三次一小时。然后在4°C下应用Cy2-共轭山羊抗鼠和Cy3-共轭山羊抗兔二级抗体18小时,然后进行5次1小时PBS洗涤。

图像采集和量化

为了进行荧光图像分析,从三个或更多独立批次的培养物中随机选择细胞,每批培养物有四个或更多盖玻片。使用Olympus FV1000 BX61WI激光扫描共聚焦显微镜在室温下采集荧光图像,使用Olympus Plan Apochromat 60x油物镜(N.A.1.42,WD 0.15)或Olympus U-Plan Apochromat 100X油物镜(N.A.1.40,WD 0.12),顺序采集设置为1024×1024像素分辨率。设置激光功率和光电倍增管,以确保不同通道之间不会发生可检测到的漏泄。用FV1000成像软件(奥林巴斯)采集细胞的数字图像。从标本的顶部到底部取了八到十个截面,并做出了最亮的点投影。使用相同的激光功率、光电倍增管增益和偏移设置拍摄相同实验的图像。选择这些设置时,最亮样本的像素强度刚好低于饱和度,但当必须清楚确定细胞轮廓或神经元过程轮廓时,来自特定区域(HEK细胞体中心或神经元胞体)的信号除外以获得细胞体或神经元树突的清晰周长。免疫染色蛋白的荧光信号的量化如所述(Nam和Chen,2005年). 简单地说,使用相同共焦设置收集的图像按强度进行相同的阈值分割,以排除扩散/细胞内池,点状物通过计算0.25至4µm之间的超阈值区域数量进行量化2。对每个条件下至少15张图像的结果进行平均,并计算平均值和标准误差。图像定量由经验丰富的研究人员进行,他们对实验条件“视而不见”。

突触体制备

对P15–P21 Sprague-Dawley大鼠海马进行解剖,并在含有33%蔗糖、10 mM HEPES、0.5 mM EGTA、pH 7.4和蛋白酶抑制剂的溶液中轻轻均质。将核和其他碎片在4°C下以2000 g的浓度造粒5分钟,上清液通过3层100µm孔径的尼龙网(Millipore,Bedford,MA)和5µm孔的PVDF注射器过滤器(Millipose,Bedfort,MA)过滤。然后将滤液在4°C下10000g离心10分钟,并去除上清液。然后,将含有突触神经体的颗粒重新悬浮在含有蛋白酶和RNAsin(Amersham,Piscataway,NJ)的适量最低必需培养基(Invitrogen,Carlsbad,CA)中。然后将等体积的液体注入不透明的微量离心管中。使用50µM放线菌素D(西格玛,圣路易斯,密苏里州)、100µM环己酰亚胺(西格马,圣路易斯,MO)或40µM茴香霉素(西格玛圣路易斯州)在37°C下预处理适当样品30分钟。将适当浓度(100 nM、1 uM或10 uM)的维甲酸(西格玛,圣路易斯,密苏里州)或AM580添加到样品中,在37°C下培养10分钟,然后立即冷冻在干冰中。

原位杂交

14个DIV海马神经元用4%多聚甲醛固定,用0.5%Triton X-100渗透5分钟,在含有0.1%活性DEPC的DEPC PBS中孵育15分钟。然后在54°C下,用Rapid-Hyb缓冲液(Amersham Biosciences,Piscataway,NJ)在含有0.1%封闭试剂的50%甲酰胺(Roche,Indianapolis,in)中预混合细胞。杂交在54°C下进行,并在50°C下在含有50%甲酰胺的1x SSC中洗涤。细胞与HRP-连接的DIG抗体和兔多克隆MAP2抗体在室温下共同孵育1小时,然后使用Cy3-TSA试剂盒(马萨诸塞州韦尔斯利佩金-埃尔默)进行酪胺信号放大处理。用Cy5-偶联山羊抗鼠抗体检测MAP2。从PCR产物T3和T7 RNA聚合酶位点适配器转录双加氧素标记的GluR1核糖探针。使用的正向引物为5’T3-CAATCACAGGAACATGCGGC 3’和反向引物5’T7-TCTCTGGCTGTATCCAAG 3’。

统计分析

统计分析采用单因素方差分析。数值在图中表示为平均值+/-s.e.m。

补充材料

01

单击此处查看。(160万,pdf)

确认

我们感谢Peng Jin博士(埃默里大学)提供FLAG-FMRP cDNA,Anthony Lamantia博士(北卡罗来纳大学)提供RARE-TK载体,David Schaffer博士(加州大学伯克利分校)和John Rossi博士(希望之城)提供慢病毒载体。我们感谢Marta Soden为切片培养准备工作提供的帮助,Sandhiya Kalyanasundaram为我们提供的技术支持,以及Chen实验室成员对原稿的讨论和评论。这项工作得到了梅布尔和阿诺德·贝克曼基金会、大卫和露西尔·帕卡德基金会、W·M·凯克基金会和NIMH(L.C.)的支持。

脚注

出版商免责声明:这是一份未经编辑的手稿的PDF文件,已被接受出版。作为对客户的服务,我们正在提供这份早期版本的手稿。手稿在以最终可引用的形式出版之前,将经过编辑、排版和校对结果证明。请注意,在制作过程中可能会发现可能影响内容的错误,适用于该期刊的所有法律免责声明均适用。

参考文献

  • Beattie EC、Stellwagen D、Morishita W、Bresnahan JC、Ha BK、Von Zastrow M、Beattie MS、Malenka RC。神经胶质TNFalpha对突触强度的控制。科学。2002;295:2282–2285.[公共医学][谷歌学者]
  • Blomhoff R、Green MH、Green JB、Berg T、Norum KR。维生素A代谢:吸收、运输和储存的新观点。生理学评论。1991;71:951–990.[公共医学][谷歌学者]
  • Cassiday LA、Maher LJ.、。,第三,双向作用:结合DNA和RNA的转录因子。核酸研究。2002;30:4118–4126. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • 陈恩,那不勒斯JL。全反式维甲酸通过膜相关的RARaα刺激海马神经元的翻译并诱导脊柱形成。法赛布·J。2008;22:236–245.[公共医学][谷歌学者]
  • Chiang MY、Misner D、Kempermann G、Schikorski T、Giguere V、Sucov HM、Gage FH、Stevens CF、Evans RM。维甲酸受体RARbeta和RXRgamma在长期增强和抑制中的重要作用。神经元。1998;21:1353–1361.[公共医学][谷歌学者]
  • Cocco S、Diaz G、Stancampiano R、Diana A、Carta M、Curreli R、Sarais L、Fadda F。维生素A缺乏会导致大鼠空间学习和记忆障碍。神经科学。2002;115:475–482.[公共医学][谷歌学者]
  • Davis GW。神经活动的稳态控制:从现象学到分子设计。《神经科学年鉴》。2006;29:307–323.[公共医学][谷歌学者]
  • de The H,Vivanco-Ruiz MM,Tiolais P,Stunnenberg H,Dejean A.维甲酸受体β基因中维甲酸反应元件的鉴定。自然。1990;343:177–180.[公共医学][谷歌学者]
  • Dev S、Adler AJ、Edwards RB。成年兔大脑合成视黄酸。大脑研究。1993;632:325–328.[公共医学][谷歌学者]
  • Dheen ST、Jun Y、Yan Z、Tay SS、Ling EA。维甲酸抑制激活的大鼠小胶质细胞中TNF-α和iNOS的表达。格利亚。2005;50:21–31.[公共医学][谷歌学者]
  • Di Renzo F、Broccia ML、Giavini E、Menegola E.Citral(视黄酸合成抑制剂)可降低三唑衍生物氟康唑在体外培养的大鼠胚胎中诱导的鳃弓异常的频率和严重程度。Reprod Toxicol公司。2007[公共医学][谷歌学者]
  • Echegoyen J,Neu A,Graber KD,Soltesz I.利用体内海马活动阻滞研究稳态可塑性:突触尺度、内在可塑性和年龄依赖性。《公共科学图书馆·综合》。2007;2:e700。 [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • 龚R,Park CS,Abbassi NR,Tang SJ。谷氨酸受体和哺乳动物雷帕霉素靶点(mTOR)信号通路在海马神经元活性依赖性树突状蛋白合成中的作用。生物化学杂志。2006;281:18802–18815.[公共医学][谷歌学者]
  • Grooms SY、Noh KM、Regis R、Bassell GJ、Bryan MK、Carroll RC、Zukin RS。活性双向调节海马神经元树突中AMPA受体mRNA的丰度。神经科学杂志。2006;26:8339–8351. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Grunwald ME、Mellem JE、Strutz N、Maricq AV、Kaplan JM。活性阻断后,GLR-1谷氨酸受体的代偿性调节需要使用氯菊酯介导的内吞作用。美国国家科学院院刊。2004;101:3190–3195. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Guzowski JF、Timlin JA、Roysam B、McNaughton BL、Worley PF、Barnes CA。利用即时早期基因表达绘制行为相关神经回路。神经生物电流。2005;15:599–606.[公共医学][谷歌学者]
  • Hou Q,Zhang D,Jarzylo L,Huganir RL,Man HY。单海马突触AMPA受体表达的稳态调节。美国国家科学院院刊。2008;105:775–780. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Huq MD、Tsai NP、Gupta P、Wei LN。胆固醇代谢产物对视网膜脱氢酶和视黄酸合成的调节。Embo J。2006;25:3203–3213. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Isken A、Holzschuh J、Lampert JM、Fischer L、Oberhauser V、Palczewski K、von Lintig J。视黄醇酯的分离对于斑马鱼胚胎中的视黄醇信号至关重要。生物化学杂志。2007;282:1144–1151.[公共医学][谷歌学者]
  • Ju W、Morishita W、Tsui J、Gaietta G、Deerinck TJ、Adams SR、Garner CC、Tsien RY、Ellisman MH、Malenka RC。树突状合成和AMPA受体贩运的活性依赖性调节。自然神经科学。2004;7:244–253.[公共医学][谷歌学者]
  • Kelleher RJ,3rd,Govindarajan A,Jung HY,Kang H,Tonegawa S.长期突触可塑性和记忆中MAPK信号的翻译控制。单元格。2004;116:467–479.[公共医学][谷歌学者]
  • Klann E,Dever TE。突触可塑性翻译调控的生化机制。Nat Rev神经科学。2004;5:931–942.[公共医学][谷歌学者]
  • Krezel W,Kastner P,Chambon P。成年小鼠中枢神经系统中维甲酸受体的差异表达。神经科学。1999;89:1291–1300.[公共医学][谷歌学者]
  • Lal L,Li Y,Smith J,Sassano A,Uddin S,Parmar S,Tallman MS,Minucci S,Hay N,Platanias LC。急性早幼粒细胞白血病细胞中全反式维甲酸激活p70 S6激酶。鲜血。2005;105:1669–1677.[公共医学][谷歌学者]
  • LaMantia AS。前脑诱导、维甲酸和精神分裂症易感性:来自发育中小鼠分子和基因分析的见解。生物精神病学。1999;46:19–30.[公共医学][谷歌学者]
  • Lane MA,Bailey SJ。维甲酸信号在成人大脑中的作用。神经生物学进展。2005;75:275–293.[公共医学][谷歌学者]
  • 廖永平、何SY、刘JC。非洲爪蟾细胞培养中视黄酸对发育中运动神经元递质释放的非基因组调控。细胞科学杂志。2004;117:2917–2924.[公共医学][谷歌学者]
  • Lin CH,Yeh SH,Lu KT,Leu TH,Chang WC,Gean PW。PI-3激酶信号通路在杏仁核恐惧条件反射和突触可塑性中的作用。神经元。2001;31:841–851.[公共医学][谷歌学者]
  • Lisman J,Schulman H,Cline H。CaMKII在突触和行为记忆中功能的分子基础。Nat Rev神经科学。2002;:175–190.[公共医学][谷歌学者]
  • Lotan RM。鳞状细胞分化和类维生素A。癌症治疗研究。1995;74:43–72.[公共医学][谷歌学者]
  • Lufkin T、Lohnes D、Mark M、Dierich A、Gorry P、Gaub MP、LeMeur M、Chambon P。维甲酸受体α突变小鼠的高出生后死亡率和睾丸退化。美国国家科学院院刊。1993;90:7225–7229. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Mark M、Ghyselink NB、Wendling O、Dupe V、Mascrez B、Kastner P、Chambon P。小鼠视黄醇信号通路的遗传解剖。Proc Nutr Soc.公司。1999;58:609–613.[公共医学][谷歌学者]
  • Misner DL、Jacobs S、Shimizu Y、de Urquiza AM、Solomin L、Perlmann T、de Luca LM、Stevens CF、Evans RM。维生素A缺乏导致海马长期突触可塑性可逆性丧失。美国国家科学院院刊。2001;98:11714–11719. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Miyashiro K,Dichter M,Eberwine J.海马神经突中mRNA的性质和差异分布:对神经元功能的影响。美国国家科学院院刊。1994;91:10800–10804. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Morris-Kay GM,Sokolova N.胚胎发育和模式形成。法赛布·J。1996;10:961–968.[公共医学][谷歌学者]
  • Nam CI,Chen L.神经氨酸酶-神经原相互作用和神经递质诱导的突触后组装。美国国家科学院院刊。2005;102:6137–6142. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Nozaki Y、Tamaki C、Yamagata T、Sugiyama M、Ikoma S、Kinoshita K、Funauchi M。全反式维甲酸抑制干扰素γ和肿瘤坏死因子α;一种可能治疗类风湿关节炎的药物。风湿病国际。2006;26:810–817.[公共医学][谷歌学者]
  • Plath N、Ohana O、Dammermann B、Errington ML、Schmitz D、Gross C、Mao X、Engelsberg A、Mahlke C、Welzl H等。Arc/Arg3.1对于巩固突触可塑性和记忆至关重要。神经元。2006;52:437–444.[公共医学][谷歌学者]
  • Poon MM、Choi SH、Jamieson CA、Geschwind DH、Martin KC。从培养的啮齿类动物海马神经元中鉴定过程放大的mRNA。神经科学杂志。2006;26:13390–13399. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Rich MM,Wenner P.感知和表达稳态突触可塑性。神经科学趋势。2007;30:119–125.[公共医学][谷歌学者]
  • Ruhl R、Fritzsche B、Vermot J、Niederreither K、Neumann U、Schmidt A、Schweigert FJ、Dolle P。雌激素、孕激素及其联合治疗后去卵巢小鼠子宫中维甲酸合成酶视网膜醛脱氢酶表达的调节。Reprod Fertil开发。2006;18:339–345.[公共医学][谷歌学者]
  • Russo JE,Hauguitz D,Hilton J.4-(二乙氨基)苯甲醛对小鼠胞浆醛脱氢酶的抑制。生物化学药理学。1988;37:1639–1642.[公共医学][谷歌学者]
  • Schnell E、Sizemore M、Karimzadegan S、Chen L、Bredt DS、Nicoll RA。PSD-95和stargazin之间的直接相互作用控制突触AMPA受体数量。美国国家科学院院刊。2002;99:13902–13907. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Schuman EM、Dynes JL、Steward O.树突状mRNA翻译的突触调控。神经科学杂志。2006;26:7143–7146. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Shepherd JD、Rumbaugh G、Wu J、Chowdhury S、Plath N、Kuhl D、Huganir RL、Worley PF。Arc/Arg3.1调节AMPA受体的稳态突触缩放。神经元。2006;52:475–484. [PMC免费文章][公共医学][谷歌学者]
  • Song Y,Hui JN,Fu KK,Richman JM。控制视黄酸合成和FGF在鼻腔中的表达是绘制颅面骨骼图案所必需的。开发生物。2004;276:313–329.[公共医学][谷歌学者]
  • Stellwagen D,马伦卡RC。胶质TNF-α介导的突触缩放。自然。2006;440:1054–1059.[公共医学][谷歌学者]
  • Sutton MA、Ito HT、Cressy P、Kempf C、Woo JC、Schuman EM。微型神经传递通过加强抑制局部树突状蛋白合成来稳定突触功能。单元格。2006;125:785–799.[公共医学][谷歌学者]
  • Sutton MA、Wall NR、Aakalu GN、Schuman EM。微型突触事件对树突状蛋白合成的调节。科学。2004;304:1979–1983.[公共医学][谷歌学者]
  • 铃木T、Nishimaki-Mogami T、Kawai H、Kobayashi T、Shinozaki Y、Sato Y、Hashimoto T、Asakawa Y、Inoue K、Ohno Y等。通过使用绿色荧光蛋白衍生物的便捷报告基因检测系统筛选新型核受体激动剂。植物学。2006;13:401–411.[公共医学][谷歌学者]
  • Sweeney ST,Davis GW。旋蛋白的无限制突触生长——一种与TGF-β介导的突触生长调节有关的晚期内体蛋白。神经元。2002;36:403–416.[公共医学][谷歌学者]
  • Tanaka M、Tamura K、Ide H.柠檬醛,一种维甲酸合成抑制剂,可调节鸡腿发育。开发生物。1996;175:239–247.[公共医学][谷歌学者]
  • Thiagarajan TC,Lindskog M,Tsien RW。海马神经元对突触失活的适应。神经元。2005;47:725–737.[公共医学][谷歌学者]
  • Thiagarajan TC、Piedras-Reneria ES、Tsien RW.alpha-和betaCaMKII。神经元活动的反向调节和对突触强度的反向影响。神经元。2002;36:1103–1114.[公共医学][谷歌学者]
  • Thompson Haskell G、Maynard TM、Shatzmiller RA、Lamantia AS。成熟中枢神经系统可塑性部位的维甲酸信号。《综合神经病学杂志》。2002;452:228–241.[公共医学][谷歌学者]
  • Turrigiano GG、Leslie KR、Desai NS、Rutherford LC、Nelson SB。新皮质神经元量子振幅的活动依赖性标度。自然。1998;391:892–896.[公共医学][谷歌学者]
  • Turrigiano GG,Nelson SB。发育中神经系统的稳态可塑性。Nat Rev神经科学。2004;5:97–107.[公共医学][谷歌学者]
  • Wagner E、Luo T、Drager加州大学。出生后小鼠大脑中的维甲酸合成标志着不同的发育阶段和功能系统。大脑皮层。2002;12:1244–1253.[公共医学][谷歌学者]
  • Wagner M,Han B,Jessell TM。通过体外报告试验检测胚胎神经组织中类视黄醇释放的区域差异。发展。1992;116:55–66.[公共医学][谷歌学者]
  • Zetterstrom RH、Lindqvist E、Mata de Urquisa A、Tomac A、Eriksson U、Perlmann T、Olson L。类维生素A在中枢神经系统中的作用:类维生素A结合蛋白和受体的差异表达以及维甲酸存在的证据。欧洲神经病学杂志。1999;11:407–416.[公共医学][谷歌学者]