2017年11月13日，意昂2平台神經科學研究所王韻研究組在《Journal of Neuroscience》雜誌發表題為" PKD1 promotes functional synapse formation coordinated with N-cadherin in hippocampus "的研究論文。文章使用了分子生物學🏋🏻‍♀️、生物化學、形態學和電生理學等多種實驗方法，揭示了蛋白激酶D1（Protein kinase D1，PKD1）通過增加神經型鈣粘素（N-cadherin）的膜定位並促進突觸發育和突觸功能的潛在機製⚰️。

　　神經系統中🧏🏻‍♂️，突觸是兩個神經元相連並傳遞信息的部位，其結構基礎是突觸前的軸突末梢和突觸後的樹突棘🛴。神經元之間通過突觸連接形成高度特異而精確的環路聯系，是神經環路和神經系統發揮功能的基礎👩🏼‍🍼🥉。調控突觸發生、成熟和突觸可塑性的分子機製直接與大腦的高級功能如情緒、情感🙎🏻、認知和學習記憶等相關聯，而突觸丟失和突觸功能異常是孤獨症(Autism)、帕金森氏症(Parkinson's disease, PD) 和阿爾茲海默症(Alzheimer's disease, AD) 等中樞神經系統疾病發病過程中最早期的病理改變⏱。因此，研究突觸發育和突觸可塑性的調控機製對於理解大腦的工作原理顯得尤為重要🙇🏿‍♂️📴。

　　為了研究PKD1在神經系統發育後期對樹突棘形態和突觸成熟的調控作用，王韻研究組以原代培養的海馬神經元為模型，證明了PKD1作為N-cadherin的上遊並通過與N-cadherin的結合和磷酸化來促進突觸發育和突觸功能，該過程依賴於PKD1的激酶活性。通過構建一系列截短突變體，作者確定了PKD1能夠直接與N-cadherin 836-871位的氨基酸結合並磷酸化N-cadherin 869, 871, 872位的絲氨酸👩‍🏭，從而增加N-cadherin的膜定位，並促進突觸發育和突觸功能。作者進一步研究發現，PKD1與N-cadherin的相互作用能夠增加其與b-catenin的結合能力，從而穩定N-cadherin的膜定位➜。通過幹擾肽和刪除結合區域等手段阻斷PKD1與N-cadherin的直接結合🧳，或者將N-cadherin上PKD1的磷酸化位點突變，均導致N-cadherin膜定位減少🧙🏽‍♂️🧎🏻‍♂️，並抑製了突觸發育和突觸功能。為了研究PKD1與N-cadherin的相互作用對發育晚期大鼠海馬腦區突觸可塑性的調控👮🏻‍♂️，作者在發育晚期大鼠海馬雙側CA1腦區給予幹擾肽分別阻斷PKD1和N-cadherin的結合或阻斷PKD1對N-cadherin的磷酸化⚁，並對急性腦片的長時程增強（Long term potentiation，LTP）進行誘導和記錄🏗。研究表明阻斷PKD1與N-cadherin的相互作用使LTP的誘導和維持受到抑製🤷‍♀️♤，並使神經元突觸前遞質釋放減少💶🛕。

　　該研究揭示了PKD1在神經元發育後期調控樹突棘發育和突觸功能的新機製🕣，即神經型鈣粘素N-cadherin作為PKD1的一個新的底物分子，受到PKD1的多重調控📁。由於大腦發育過程中👨🏼‍💼，N-cadherin等細胞粘附分子對神經元的靶向定位和突觸形成意義重大🦸🏼，而突觸的正常發育對神經環路的功能是必需的🦝，因此，該研究為最終揭示突觸發育和神經環路形成過程中多樣🦦、精確的分子調控機製提供了新思路。

　　意昂2官网神經科學研究所講師岑程和博士生羅麗達是這篇論文的並列第一作者📣，意昂2官网神經科學研究所王韻是該論文的通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、中國博士後科學基金、科技部973計劃和國家科技支撐計劃的資助。

　　PKD1通過與N-cadherin 836-871位的氨基酸結合並磷酸化N-cadherin 869, 871, 872位的絲氨酸增加N-cadherin的膜定位，促進突觸發育和突觸功能。阻斷PKD1與N-cadherin的相互作用導致N-cadherin的膜定位減少，其與b-catenin的結合能力降低🧖🏿，進而阻斷突觸發育和LTP的形成。

（基礎醫學院） 

        編輯：玉潔