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学习记忆。2004年5月；11(3): 318–327.
数字对象标识：10.1101/lm.72704
预防性维修识别码：项目经理419735
PMID：15169862

选择性调节小鼠Schaffer侧支CA1突触可塑性CPEB-1公司基因

胡安·阿拉肯,1,4 丽贝卡·霍奇曼,三 马丁·泰斯,1,2 黄一水,三 坎德尔,1,2和乔尔·里希特三
作者信息 文章注释 版权和许可信息 PMC免责声明

摘要

CPEB-1是一种序列特异性RNA结合蛋白，可刺激含有细胞质多聚腺苷化元件（CPE）的mRNA的多聚腺苷酸诱导翻译。虽然CPEB-1最初是在爪蟾卵母细胞中发现的，但也在海马神经元的突触后部位发现，在突触后位置N个-甲基-D-天冬氨酸受体激活，被认为可以诱导αCaMKII和其他可能含有CPE的mRNA的聚腺苷酸化和翻译。由于某些形式的突触修饰似乎受到局部（突触）蛋白合成的影响，我们检测了CPEB-1基因敲除小鼠的长时程增强（LTP）。尽管在基因敲除小鼠中，Schaffer侧支CA1神经元的基础突触传递没有受到影响，但我们发现，单串100 Hz刺激诱发的LTP轻度缺失，而单串θ-突发刺激诱发的LT缺失更大。相反，由四列100Hz刺激或五列θ突发刺激引起的LTP分别没有或仅受到适度影响。敲除小鼠单次刺激诱发的LTP缺陷在强直刺激后几分钟出现。1Hz刺激诱发的长期抑郁（LTD）有一定程度的促进作用；然而，配对脉冲1Hz刺激诱导的更强、更持久的LTD未受影响。这些数据表明，CPEB-1有助于mRNA的翻译控制，这仅对某些特定形式的LTP和LTD至关重要。

最近的研究表明，局部蛋白质合成可以促进某些形式的突触可塑性。有两种不同但重叠的机制被认为是新蛋白质如何驻留在受刺激的突触上的原因。一种是，来自激活突触的信号传递到细胞体并诱导新的转录；编码的蛋白质随后在细胞体内合成，并在细胞内均匀分布。然后，通过标记或标记可能也需要局部蛋白质合成的信号，这些蛋白质产物的活性在空间上局限于受刺激的突触(Goelet等人，1986年;Sossin 1996年;弗雷和莫里斯1997;Martin等人，1997年;Casadio等人，1999年;Barco等人，2002年;Martin和Kosik 2002). 在另一种机制中，不需要新的转录，局部蛋白质合成就足够了。在每种情况下，通过局部mRNA的翻译，在受刺激的突触处局部合成新的蛋白质。观察到树突轴和棘含有多核糖体、tRNA、起始因子和特异性mRNA，表明了这种机制(Steward and Levy 1982年;Steward和Falk 1986年;Chicurel等人，1993年;Miyashiro等人，1994年;克里诺和埃伯温1996;Tiedge and Brosius 1996年;Steward 1997年)，最近的研究支持海兔属在大鼠海马体中显示，对树突应用蛋白质合成抑制剂可以消除突触效能的长期变化(Bailey等人，1996年;Kang和Schuman，1996年;Martin等人，1997年;舒曼1997;Aakalu等人，2001年).

在脊椎动物早期发育中，一些母体mRNA的翻译激活受细胞质多聚腺苷化的调节。图中，休眠mRNA包含一个3′非翻译区顺式胞质多聚腺苷酸化元件（CPE）的序列具有短的聚（A）尾，当受到外源线索的刺激而伸长时，会刺激翻译(McGrew等人，1989年;Paris等人，1991年). 细胞质多腺苷酸化在最近端受到CPEB-1的调节，CPEB-1是一种序列特异性RNA结合蛋白，一旦被丝氨酸/苏氨酸激酶aurora a磷酸化，其活性就会受到刺激(Hake和Richter 1994;Stebbins-Boaz等人，1996; Mendez等人。2000年,b条). 多聚腺苷酸化反过来通过导致一种CPEB-1和eIF4E相互作用因子maskin从eIF4E中解离来刺激翻译。这种分离是翻译起始复合物正确组装的先决条件，包括mRNA 5′端的eIF4E、eIF4G、eIF5A、eIF3和40s核糖体亚基(Stebbins-Boaz等人，1999年;曹和里希特2002).

CPEB-1也在海马神经元的突触后位置被检测到，据信它参与了N个-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体依赖性聚腺苷酸诱导的突触-树突状细胞间的αCamKII mRNA翻译(Wu等人，1998年;Wells等人，2001年;Huang等人，2002年). 这些观察结果表明CPEB-1、局部mRNA翻译和突触可塑性之间存在潜在的因果关系(门德斯和里希特2001;里希特2001;Richter和Theurkauf，2001年;Richter和Lorenz 2002年). 为了探索这种联系，我们研究了沙弗侧支CA1突触的突触可塑性在受到干扰的小鼠中是否受到影响CPEB-1公司基因(泰伊和里希特2001). 我们检查了不同形式的LTP，发现由一系列刺激引起的LTP缺陷。相比之下，没有或只有很小的赤字，重复的刺激序列会产生更强烈的LTP。同样，在长期抑郁症（LTD）患者中，也观察到了促通作用，但仅在较弱的治疗方案中观察到，而在强效治疗方案中没有观察到。这些数据表明CPEB-1公司基因只影响某些形式的突触可塑性，而其他形式的突触可塑性保持不变，可能是因为其他CPEB家族成员的代偿活动或CPEB-1非依赖性通路的激活。

结果

CPEB-1 KO小鼠的解剖和基底突触传递

Northern印迹CPEB-1公司大脑总RNA显示CPEB-1公司CPEB-1 KO小鼠中没有RNA(图1A). CPEB-1 KO脑矢状面Nissl染色未发现明显异常(图1B). 此外，来自这些动物的培养海马神经元在各方面均正常，尽管使用该分析可能不一定检测到突触数量的轻微减少或脊椎形态的变化（Y.S.Huang和J.D.Richter，未解释）。我们通过探索Schaffer侧支CA1突触反应的基本特征来确定CPEB-1 KO小鼠的突触传递是否受损。场兴奋性突触后电位（fEPSP）斜率大小的输入输出关系(图1C，左图，野生型vs.CPEB-1 KO，P（P）=.83）或突触前纤维凌空抽射幅度(图1C，右图，野生型vs.CPEB-1 KOP（P）=.76）与野生型小鼠相比，CPEB-1 KO没有显著差异。同样，我们发现敲除小鼠和野生型小鼠在配对脉冲促进方面没有显著差异(图1D，野生型vs.CPEB-1 KOP（P）= .51).

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(A类)野生型和CPEB-1 KO小鼠大脑中CPEB-1的Northern印迹。Tubulin显示为加载控制。野生型（+/+），CPEB-1 KO（-/-），CPEB-1 KO杂合子（+/-）。(B类)海马切片显示来自野生型和CPEB-1 KO小鼠的Nissl染色。(C)输入-输出曲线(左边)和PSFV与电压图(正确的)（n=12）。插入：小鼠海马切片制备方案。(D类)散点图显示成对的脉冲促进反应（n=12）。脉冲间隔，毫秒：5、10、50、100、150和200。在所有图中，数据点表示平均值±SD。

CPEB-1 KO小鼠对100Hz和Theta-Burst刺激的LTP缺乏反应

我们分析了敲除小鼠可能存在的LTP缺陷，首先将重点放在四种不同的形式上：一系列θ-脉冲刺激（TBS）、五系列TBS、一系列100 Hz和四系列100 Hz(Arai等人，1994年;Huang和Kandel 1994;Staubli和Otaky 1994;Castro-Alamancos等人，1995年;Nguyen和Kandel，1996年;Patterson等人，2001年). 我们发现，在CPEB-1 KO小鼠中，单串100 Hz刺激诱发的LTP中度受损(图2A，20-30分钟：野生型151%±9%vs.CPEB-1 KO 129%±6%，P（P）= .03; 60-70分钟：野生型119%±5%vs.CPEB-1 KO 112%±9%，P（P）= .3). 此外，当单个TBS序列诱发LTP时，我们观察到更大的缺陷(图2C，20-30分钟：野生型202%±9%vs.CPEB-1 KO 164%±10%，P（P）= .004; 60-70分钟：野生型177%±6%vs.CPEB-1 KO 141%±8%，P（P）= .001). 在两种类型的LTP中，没有立即观察到缺陷，而是在破伤风后几分钟观察到缺陷(图2A，1-5分钟：野生型215%±20%vs.CPEB-1 KO 198%±22%，P（P）= .65;图2C，1-5分钟：野生型232%±8%vs.CPEB-1 KO 224%±11%，P（P）= .36). 有趣的是，多次和间隔刺激诱发的LTP形式在CPEB-1 KO小鼠中受影响较小。而在CPEB-1 KO小鼠中，由四组100 Hz的序列诱发的LTP没有改变(图2B)，5组TBS诱发的LTP仅在表达LTP 2小时后出现轻微下降(图2D).

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(A类)CPEB-1 KO和野生型小鼠（n=12/12）中一列100 Hz的频率诱发的长时程增强（LTP）。(B类)CPEB-1 KO和野生型小鼠（n=8/8）中四列100 Hz的频率诱发的LTP。(C)CPEB-1 KO和野生型小鼠（n=10/10）中一系列TBS诱发的LTP。(D类)CPEB-1 KO和野生型小鼠（n=8/8）五组TBS诱发的LTP。每个箭头代表一列电刺激。TBS：θ脉冲刺激。在所有图中，数据点代表平均值±SE。痕迹代表基线（黑线，1）和100 Hz刺激后或野生型（WT）和CPEB-1 KO（KO）小鼠的TBS（灰线，2）fEPSP。校准棒：3 mV，10 ms。

CPEB-1 KO小鼠LTP的两种暂时性缺失

由于与一组TBS诱发的LTP相比，五组TBS引起的LTP显示出相当轻微的缺陷，因此我们测试了是否可以通过增加刺激序列的数量来逐步克服后者的缺陷。我们比较了一列、两列、三列和五列TBS诱发的LTP平均振幅（图。3A、B和2C、D)从三个不同的时间段（20-30、90-120和150-180分钟）计算得出。我们发现，由一组TBS诱导的LTP在所有三个时间段都显示出赤字，但不是由两组、三组或五组TBS诱发的LTP(图3C、D、E). 尽管有一种趋势表明，在150-180分钟的时间范围内，三组TBS诱发的LTP比两组TBS引起的LTP受影响更大(图3E)，这种差异没有统计学意义（两组TBS-LTP，野生型169%±8%，而CPEB-1 KO为151%±11%，P（P）= .39; 三列TBS-LTP，野生型197%±10%vs.CPEB-1 KO 173%±12%，P（P）= .06). 只有五组TBS诱发的LTP在150-180分钟的时间范围内出现明显的LTP缺失(图3E; 五列TBS-LTP：野生型226%±6%vs.CPEB-1 KO 200%±10%，P（P）= .02). 我们的数据表明，在CPEB-1 KO小鼠中，两组或三组TBS诱发的LTP均未受到影响，而一组和五组TBS在不同时间段诱发的LTP受到影响。这些结果表明，CPEB-1消融可能会根据刺激方案，对LTP表达期间两个时间分离的过程产生不同的影响。对增加100Hz刺激序列（一到四个序列）诱发的LTP的分析表明，只有一个100Hz刺激序列诱发的LTP受损（数据未显示）。

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(A类)CPEB-1 KO和野生型小鼠（n=6/6）通过两列θ脉冲刺激诱发的长时程增强（LTP）。(B类)CPEB-1 KO和野生型小鼠（n=5/5）通过三组θ脉冲刺激诱发的LTP。每个箭头代表一列电刺激。在所有图中，数据点代表平均值±SE。直方图显示1-5次TBS诱发的LTP幅度，持续20-30分钟(C)，90-120分钟(D类)和150-180分钟(E类)用于CPEB-1 KO和野生型小鼠。每个括号表示两列之间的统计显著性（p<0.05）。数据列表示平均值±标准偏差。

CPEB-1 KO小鼠的频率响应曲线没有移动

到目前为止，我们已经在不同刺激模式的差异反应框架中解释了我们的结果。然而，可以想象其他解释数据的框架。例如，更强的诱导刺激似乎削弱了效果。因此，CPEB-1 KO的作用可能是改变Bienenstock-Cooper-Munro（BCM）关系(Bienenstock等人，1982年)右侧，对最强诱导方案的LTP没有影响。BCM关系允许确定LTP/LTD阈值。因此，向右移动表示LTP/LTD阈值在同一方向上发生位移。我们通过生成野生型和CPEB-1 KO小鼠的频率响应曲线（FRC）来检查BCM关系。通过测试三种不同的电协议构建FRC：10、5和1 Hz刺激（每个刺激发送900个脉冲；图4A、B、C). 选择两个时间段进行基因型比较：20-30分钟和50-60分钟（100 Hz刺激诱发的LTP数据点添加到图。​图4D4D（四维）和​和4E第四版仅供参考）。我们发现FRC在任何分析中都没有发生变化(图4D，E)，这表明缺乏CPEB-1并没有改变BCM关系。

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(A类)CPEB-1 KO和野生型小鼠（n=6/6）通过10 Hz（90秒）刺激诱发的长时程增强。(B类)CPEB-1 KO和野生型小鼠（n=6/6）通过5 Hz（180秒）刺激诱发的短期抑郁。(C)CPEB-1 KO和野生型小鼠（n=10/8）中1Hz（15分钟）刺激诱发的长期抑郁。20-30分钟的频率响应曲线(D类)和50-60分钟(E类)CPEB-1 KO和野生型小鼠的时间痕迹。(F类)CPEB-1 KO和野生型小鼠（n=10/8）通过配对脉冲（50毫秒脉冲间隔）1 Hz（15分钟）刺激诱发的长期抑郁。在所有图中，数据点代表平均值±SE。

CPEB-1 KO小鼠中的LTD

1 Hz诱导的LTD在CPEB-1 KO小鼠中比野生型小鼠中更持久(图4C，50-70分钟：野生型98%±3%vs.CPEB-1 KO 87%±3%，P（P）= .01). 这一结果促使我们研究在CPEB-1 KO小鼠中，由更强诱导方案诱发的LTD是否会增强。我们通过使用配对脉冲1Hz方案（一列1Hz脉冲持续15分钟；每列由两个脉冲组成，脉冲间隔50毫秒）诱导LTD，该方案导致LTD在成年小鼠海马CA1区持续数小时(Oliet等人，1997年;Kemp等人，2000年). 我们发现野生型和CPEB-1 KO小鼠的LTD振幅没有差异(图4F50-70分钟：野生型63%±4%vs.CPEB-1 KO 66%±6%；P（P）= .13).

LTP中的Theta-Burst和雷帕霉素敏感性途径

TBS诱导的LTP被认为依赖于局部（即突触）蛋白质合成(Patterson等人，1996年;Gartner和Staiger 2002;Tang等人，2002年). 因此，我们将TBS诱发的LTP中观察到的敲除表型（可能与多聚腺苷化诱导的翻译有关）与可能独立于多聚腺苷酸化的树突状翻译机制中断后观察到的LTP表型进行了比较。我们选择了雷帕霉素，一种FRAP/mTOR激酶信号通路的抑制剂，似乎广泛影响树突状翻译(唐和舒曼2002)通过其对S6激酶、eIF4E结合蛋白（eIF4EBPs）或在许多mRNA的5′非翻译区发现的末端寡嘧啶元件的活性(Beretta等人，1996年;Brown和Schreiber，1996年;Brunn等人，1997年;Sabatini等人，1997年;Martin等人，2000b;Gingras等人，2001年).

雷帕霉素（0.5μM）治疗降低了野生型和CPEB-1 KO小鼠单序列TBS诱发的LTP振幅(图5A，左右图）。雷帕霉素也影响LTP的晚期表达，但不影响早期表达（1-10分钟：野生型对照，232%±11%，野生型rap，230%±10%，P（P）= .96; 10-50分钟：野生型对照，193%±14%，野生型rap，186%±16%，P（P）= .14; 120-150分钟：野生型对照，173%±4.2%，野生型rap:110%±3%。P（P）< .05). 未经处理的CPEB-1 KO动物的LTP图谱与雷帕霉素处理的野生型动物的LTP图谱几乎相同(图5B，1-10分钟：野生型rap 230%±10%vs.CPEB-1 KO 218%±20%，P（P）= .4; 10-50分钟：野生型rap 186%±16%，而CPEB-1 KO 163%±15%；P（P）= .03; 120-150分钟：野生型rap 110%±3%vs.CPEB-1 KO 126%±5%；P（P）= .02).

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(A类)雷帕霉素对野生型单序列θ突发诱发长时程增强（θ突发刺激）的影响(左边)和CPEB-1 KO(正确的)老鼠。横条表示应用雷帕霉素的时间。野生型控制（n=5）、野生型rap（n=6）、CPEB-1 KO控制（n=5）、CPEB-1 KO rap（n=6）。数据点表示平均值±SE(B类)每个长期增强的三个时间段（1-10、10-50和120-150分钟）的振幅直方图，如(A类). 数据点表示平均值±标准偏差。条形图显示统计显著性(P（P）<.05）。

当我们将分析扩展到五列TBS诱发的LTP时(图6A)我们再次发现雷帕霉素影响LTP的晚期表达（25-45分钟：野生型对照，247%±7.8%，野生型rap，235%±10%；P（P）= .5; 120-150分钟：野生型对照，227%±3%，野生型rap，170%±3%，P（P）< .05). 在这种情况下，CPEB-1 KO小鼠中观察到的缺陷仅部分模拟了野生型小鼠中的雷帕霉素效应(图6B，25-45分钟：野生型rap，235%±10%vs.CPEB-1 KO 240%±13%；P（P）= .6; 120-150分钟：野生型rap，170%±7%vs.CPEB-1 KO 204%±9%，P（P）= .006). 此外，四组100Hz刺激诱发的LTP对雷帕霉素也敏感，CPEB-1 KO小鼠的LTP没有受损(Raymond等人，2002年; 数据未显示）。

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(A类)雷帕霉素对野生型和CPEB-1 KO小鼠中五列θ波诱发的长时程增强作用。横条表示应用雷帕霉素的时间。野生型控制（n=5）、野生型rap（n=6）、CPEB-1 KO控制（n=5）、CPEB-1 KO rap（n=6）。数据点表示平均值±SE(B类)每个长期增强的两个时间段（25-45分钟和120-150分钟）的振幅直方图，如所示(A类). 数据点表示平均值±标准偏差。条形图显示统计显著性(P（P）<.05）。(C)人脑源性神经营养因子在野生型和CPEB-1 KO小鼠（n=5）中诱发长时程增强。横条表示人脑源性神经营养因子应用的时间。

为了进一步探索雷帕霉素敏感通路，我们分析了人脑源性神经营养因子（BDNF）在CPEB-1 KO小鼠中诱导增强的能力。BDNF被认为是TBS诱发LTP和依赖雷帕霉素敏感通路的突触增强所必需的(Kang和Schuman，1996年;Patterson等人，1996年;Aakalu等人，2001年;Gartner和Staiger 2002;Tang等人，2002年). 我们发现，BDNF（50 ng/mL）的快速灌注（～9 mL/min）在野生型和CPEB-1 KO小鼠中均诱发类似的增强(图6C; 40-80分钟：野生型，140%±12%；CPEB-1 KO，148%±11%，P（P）= .24). 这些数据表明，尽管CPEB-1和雷帕霉素敏感性途径之间可能存在一些重叠，但它们在不同形式LTP表达过程中的作用也具有重要的独立性。

CPEB-1 KO小鼠突触前后快速反应无改变

与我们的工作假设相一致，我们的数据还表明，在CPEB-1 KO小鼠中观察到的破伤风刺激诱发的LTP早期缺陷（<1小时）可能是LTP诱导所必需的某些机制失败的结果。为了验证这一观点，我们研究了LTP诱导过程中两种短期形式的突触可塑性：突触抑制(Geppert等人，1994年)和破伤风引起的去极化(Winder等人，1998年). 第一种形式表示以14 Hz（NMDA、mGlu和GABA）频率进行2秒训练期间产生的突触前疲劳程度A类-分别用（D）-APV、（s）-MCPG和苦毒毒素阻断受体介导的反应）。我们发现CPEB-1 KO小鼠与野生型小鼠的fEPSP疲劳程度没有统计学差异(图7A,P（P）= .07). 第二种形式表示100 Hz下1秒序列诱导的强直性刺激期间和之后的去极化程度（可能是NMDA受体介导的）(图7B). 在野生型和CPEB-1 KO小鼠之间，最大峰值振幅和每条轨迹下的面积均未发现有统计学差异(图7C，柱-条形图；峰：P（P）=.81，面积：P（P）= .19). 这些数据表明，CPEB-1 KO和野生型小鼠的快速、瞬态突触前和突触后机制相似。然而，我们的数据并不排除CPEB-1 KO动物中LTP诱导所需的其他机制可能发生改变的可能性。

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(A类)CPEB-1 KO和野生型小鼠（n=12/9）在14 Hz下训练期间的突触疲劳反应。数据标准化为第一个响应。(B类)100Hz刺激1秒引起的场去极化(水平的bar）在CPEB-1 KO和野生型小鼠（n=8/8）中。柱状图/条形图显示了从(B类) (上面的图表）。柱状图/条形图显示从(B类) (降低图表）。在所有图中，数据点表示平均值±SD。

突触捕获诱发的LTP对CPEB-1 KO小鼠的影响

最后，我们研究了一种通过突触捕获LTP而诱发的LTP形式（Frey和Morris1997,1998年a;Martin等人，1997年). 捕获的LTP的表达被认为绕过了激活这些转录和蛋白质合成机制的必要条件，这些机制是巩固LTP晚期所必需的(弗雷和莫里斯1998b;Casadio等人，1999年). 因此，捕捉突触只需要被充分激活，才能有效利用先前存在的突触从头开始基因产物（有关突触捕获假说的更多详细信息，请参阅Frey和Morris[1998年b]). Barco等人最近的工作(2002)证实了这一假设，并证明捕获的LTP适度依赖于蛋白质合成(Barco等人，2002年). 根据这个证据，我们测试了CPEB-1公司捕获的LTP上的基因。我们发现野生型和CPEB-1 KO小鼠在S2通路中都表现出捕获LTP(图8，下图）。我们发现，在捕获的LTP的早期表达期间，野生型和CPEB-1 KO小鼠之间没有统计学上的显著差异(图8，S2，45-75 min：野生型，207%±11%；CPEB-1 KO，197%±18%，P（P）= .16). 然而，随着时间的推移，捕获的LTP振幅出现了非常轻微但明显的渐进性下降。只有在捕获LTP诱导75分钟后，这种下降才具有统计学意义(图8，S2，120-210 min：野生型，173%±6%；CPEB-1 KO，148%±6%，P（P）< 0.05; S1，120-210分钟：野生型179%±6%vs.CPEB-1 KO 165%±12%，P（P）= .75).

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顶部小组，在CPEB-1 KO和野生型小鼠中观察到四列100Hz刺激传递到S1通路所诱发的长时程增强的晚期。底部小组，捕捉CPEB-1 KO和野生型小鼠中观察到的一列100 Hz传递到路径S2所诱发的晚期长时程增强。数据点表示平均值±SE（n=5/5）。该方案代表了分别放置在放射层近端和远端区域的电极刺激的两条通路（S1和S2）。

讨论

CPEB-1在突触可塑性中的可能作用

越来越多的实验证据支持突触活动和翻译激活之间的联系(Brown和Schreiber，1996年;Angenstein等人，1998年;Wu等人，1998年;Martin等人，2000a;Scheetz等人，2000年). 虽然突触翻译可以在多个水平上调节，但最近的证据表明，CPEB-1（细胞质多聚腺苷化）的一种活性在NMDA受体激活时受到刺激，这强烈表明这种RNA修饰与LTP之间存在联系。事实上，LTP的关键参与者αCaMKII在突触处部分通过胞质多腺苷酸化进行翻译调节，这一观察结果强调了这种可能的联系(Wu等人，1998年;里希特2001;Wells等人，2001年;Huang等人，2002年). 本研究结果显示，CPEB-1 KO小鼠(泰伊和里希特2001)显示LTP和LTD改变，建立CPEB-1参与突触可塑性。我们的结果可以解释为CPEB-1公司缺陷只对弱或中度弱刺激方案产生影响。

我们认为，在基因敲除小鼠中由一系列TBS诱导的LTP中发现的巨大缺陷可能与CPEB-1在细胞质多聚腺苷化驱动的活性依赖性蛋白质合成机制中的作用有关。然而，在基因敲除小鼠中，由一个序列在100 Hz下诱发的LTP离散表型和由一个链在1 Hz下引发的LTD离散表型可能与参与维持突触蛋白合成组成水平的CPEB-1活性相关。还应注意的是，另一种CPEB-1活性，即含CPE RNA向树突的转运(Huang等人，2003年)也可能对突触可塑性有影响。

如果CPEB-1介导的蛋白质合成在CPEB-1 KO小鼠中受到影响，那么为什么更强刺激方案诱导的蛋白质合成依赖型LTP没有表现出任何表型或表现出相当温和的表型？最近的证据表明，CPEB-1是四种蛋白质家族的创始成员，这四种蛋白质在蛋白质的RNA结合区相似，包括两个RNA识别基序和一个锌指(Hake和Richter 1994;Stebbins-Boaz等人，1996年;Hake等人，1998年;门德斯和里希特2001;Mendez等人，2002年;Kurihara等人，2003年;Theis等人，2003年). 在大脑中发现了编码其他CPEB家族成员的RNA(Huang等人，2003年;Theis等人，2003年)因此，我们很容易推测，大脑中其他推测的CPEB-1样蛋白可能在突触可塑性中起到一定作用，甚至可能通过补偿敲除动物中CPEB-1的缺陷。这一观点与以下事实一致：CPEB-1 KO小鼠的LTP缺陷可以通过更强的电刺激来克服，也可能通过招募先前存在的CPEB-1样蛋白或转录诱导其他蛋白来克服。

与四列100Hz的LTP不同，捕获的LTP在CPEB-1 KO小鼠中也受到影响。这些数据表明，捕获的LTP的完全表达可能需要CPEB-1活性，尽管在第二途径中存在由LTP晚期诱导引起的新蛋白(弗雷和莫里斯1998b). 因此，这些数据与捕获的LTP的翻译依赖性一致(Barco等人，2002年).

CPEB-1：LTP的新途径

在卵母细胞和神经元中，CPEB-1介导的多腺苷酸化活性取决于一种信号通路，该信号通路导致丝氨酸174或苏氨酸171（物种依赖性）被Aurora激酶磷酸化(Mendez等人，2000b;Huang等人，2002年). 有趣的是，含CPE RNA向树突的转运可能不依赖于这种磷酸化事件(Huang等人，2003年). 尽管BDNF刺激的雷帕霉素敏感性LTP途径(Tang等人，2002年)雷帕霉素在CPEB-1 KO小鼠中未受影响，雷帕霉素的作用部分以TBS诱发的LTP形式模拟。这些数据强调了两种用于调节局部蛋白质合成的互补分子途径的潜在存在：NMDA受体介导的CPEB-1途径(Huang等人，2002年)和雷帕霉素敏感性BDNF介导的途径(Martin等人，2000a;Patterson等人，2001年;唐和舒曼2002). 然而，几乎没有证据表明CPEB-1和FRAP/mTOR途径在生化上存在联系。事实上，在爪蟾卵母细胞中，它们似乎没有任何重叠（M.Sarkisian、R.Mendez和J.D.Richter，正在准备中）。因此，我们认为这两种途径可能协同作用。

材料和方法

电生理学

C57BL/6小鼠（CPEB-1 KO或野生型同窝小鼠）的横向海马切片（400μm）(泰伊和里希特，2001年)，在27°-28°C的界面室中孵育，与含氧人工脑脊液（ACSF）混合，含（mM）119 NaCl，4.0 KCl，1.5 MgSO4，2.5氯化钙2，26.2氯化钠三，1 NaH2人事军官4和11葡萄糖），并使其平衡至少90分钟。通过将刺激电极和记录电极放置在CA1区放射层中，在CA3/Schaffer侧支CA1突触处记录fEPSP（插入图1C). 调整刺激强度（平方脉冲，50μsec持续时间），使fEPSP斜率约为最大值的40%。在此强度下，每分钟对基线和刺激后的反应进行一次采样。通过向Schaffer侧支纤维传递四种不同的电协议，可诱发不同的LTP：一个100Hz的单列（1秒，100个脉冲）；四列100Hz（5分钟列车间隔）；一列θ脉冲（以100 Hz、200毫秒间隔、四个脉冲的九次脉冲）；或两列、三列和五列θ-爆发（5分钟列车间隔）。在双通道实验中，记录电极放置在放射状地层的中部，而两个刺激电极分别放置在放射形地层的上部和下部。如前所述，对路径之间的独立性进行了测试(Barco等人，2002年).

北方斑点

如前所述，从野生型、CPEB-1杂合型或CPEB-1 KO小鼠的大脑中提取总RNA(Chomczynski和Sacchi 1987年). 大约30μg的每个RNA样品在1%琼脂糖凝胶上溶解，在尼龙膜上印迹，并与CPEB-1或微管蛋白DNA探针杂交。

药物

我们使用雷帕霉素（钙生物化学）和重组BDNF（研发系统）。根据制造商的指示（研发系统），将雷帕霉素溶解在二甲基亚砜（ACSF中的终浓度为0.002%）和BDNF中。如前所述进行BDNF灌注(Kang和Schuman，1996年).

统计分析

对各组（CPEB-1 KO和野生型）在LTP或LTD诱导后不同时间间隔（即20-30、60-90、150-180 min等）获得的fEPSP斜率进行平均，并使用方差分析（MICROCAL ORIGIN统计工具，MICROCAL Software Inc.）进行比较。在所有电生理实验中，n个表示动物的数量。在本文中，电生理数据表示为平均值±SD。两个实验数据集之间的差异在P（P）< .05.

致谢

J.M.A.感谢皮尤拉丁美洲研究员基金会以及G.Harold和Leila Y.Mathers慈善基金会的支持。E.R.K.由霍华德·休斯医学院提供支持。J.D.R由NIH拨款NS39321支持。

这篇文章的出版费用部分由页面费支付。因此，根据《美国法典》第18卷第1734节，本篇文章必须标记为“广告”，以表明这一事实。

笔记

文章和出版物位于http://www.learnmem.org/cgi/doi/10.1101/lm.72704。

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文章来自学习与记忆由以下人员提供冷泉港实验室出版社