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果蝇细胞粘附分子Neuroligin 4调控神经肌肉突触发育的机制研究

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摘要

主要缩略词表

绪论

第一章 文献综述

1.1 突触简介

1.2 果蝇神经肌肉接头是研究突触的理想模型

1.3 果蝇幼虫NMJ的形态结构

1.4 果蝇幼虫NMJ的形成和发育

1.5 果蝇NMJ形态发育和可塑性的调控

1.5.1 细胞骨架

1.5.2 Wnt信号通路

1.5.3 BMP信号通路

1.5.4 神经元兴奋性

1.5.5 突触粘附分子

1.6 Neuroligin(NIg)对突触形成和突触发育的研究进展

1.6.2 NIg的分子结构

1.6.3 NIg的神经分布和突触定位

1.6.4 NIg对突触调控的体外研究

1.6.5 NIg对突触调控的在体研究

1.6.6 NIg突触发育功能在果蝇的研究

第二章 材料与方法

2.1 果蝇品系

2.2 转基因果蝇的制备

2.2.2 UAS-dnlg4-GFP转基因果蝇的制备

2.3.2 dnlg4缺失突变体果蝇的制备

2.4 DNlg4多克隆抗体的制备

2.4.1 重组质粒的构建

2.4.2 融合蛋白的表达及纯化

2.4.3 多抗制备动物的免疫

2.4.4 多抗抗血清的收集

2.4.5 多抗的亲和层析纯化

2.5 单克隆抗体的制备

2.6 免疫印迹(Western Blot)

2.7 免疫染色

2.7.1 样品的制备

2.7.2 样品的荧光免疫染色

2.7.3 荧光信号强度分析

2.8.1 dnlg4 RNA探针的合成与标记

2.8.2 果蝇胚胎的收集和处理

2.8.3 胚胎的RNA杂交

2.9 果蝇三龄幼虫NMJ电镜检测

2.9.1 样品处理

2.9.2 样品包埋

2.9.3 切片并观察

2.9.4 图像采集与统计分析

2.10 三龄幼虫NMJ电生理分析

2.10.1 三龄幼虫的解剖

2.10.2 NMJ电信号的胞内记录

2.10.3 数据分析

2.11.3 目的基因cDNA的PCR扩增

2.12 免疫共沉淀

2.12.1 组织样品收集处理

2.12.2 用相应抗体进行免疫共沉淀

2.13 Pull down实验

2.13.2 对目的蛋白进行pull down

2.14 三龄幼虫运动活性检测

2.15 三龄幼虫NMJ形态定量分析

2.16 统计方法

第三章 实验结果

引言

3.1.2 DNlg4在胚胎神经系统高表达

3.1.4 DNlg4主要分布于NMJ的突触前

3.2 突触前DNlg4调控NMJ突触的生长发育

3.2.2 DNlg4缺失导致NMJ突触发育缺陷

3.2.3 DNlg4缺失导致NMJ突触结构异常

3.2.4 dnlg4突变体未见有显著的突触分化缺陷

3.2.5 突触前DNlg4挽救dnlg4突变体的发育缺陷

3.2.6 突触前敲低DNlg4抑制NMJ突触发育

3.2.7 突触前过表达DNlg4促进NMJ突触发育

3.3 DNlg4通过调控BMP信号调控NMJ突触发育

3.3.2 过表达DNllg4导致的NMJ突触生长依赖于BMP信号

3.3.3 BMP信号升高导致的NMJ突触生长依赖于DNlg4

3.3.4 DNlg4正向调控突触前BMP信号水平

3.3.5 DNlg4特异性调控果蝇幼虫头部Tkv蛋白水平

3.3.6 DNlg4调控NMJ突触前Tkv的稳定

3.3.7 DNlg4通过其N端结构域与Tkv相互作用

3.3.8 DNlg4拮抗S6KL调控突触生长

3.3.9 DNlg4缺失导致NMJ突触功能障碍

3.3.10 DNlg4缺失突变体运动活性降低

3.4 DNlg4对突触发育的调控不依赖DNrx

3.4.2 DNlg4对突触发育的调控不依赖于DNrx

第四章 讨论

4.1 DNlg4的突触功能及其与果蝇其它NIg的区别

4.2 DNlg4以突触前作用调控突触的发育和功能

4.3 DNlg4调控突触前BMP信号进而影响突触发育

4.4 DNlg4募集并稳定突触前Tkv

4.5 DNlg4通过拮抗S6KL调控Tkv

4.6 DNlg4和DNrx在调控NMJ发育中有着相关但不相同的分子机制

4.7 展望

参考文献

致谢

作者简介

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摘要

Neuroligin(Nlg)家族蛋白是一类在神经突触的形成、发育以及功能行使中具有重要作用的细胞粘附分子,疾病家系分析揭示NLG基因突变与自闭症、精神分裂症等精神类疾病发病相关。Nlg具有进化上的保守性,研究表明果蝇Nlg1~3(DNlg1~3)缺失均会导致神经肌肉突触发育异常,但DNlg4在突触形成和发育中的作用尚不清楚。
  本研究利用制备的dnlg4完全缺失突变体,对DNlg4在神经肌肉突触的发育和功能行使中的作用及其分子机制进行了探索。证明了与DNlg1-3的突触后作用不同,DNlg4以突触前作用调控神经肌肉突触发育。DNlg4缺失会导致显著的神经肌肉突触发育障碍,表现为神经肌肉的突触bouton数量明显减少,并伴随有bouton体积增大的表型。突触超微结构分析显示,DNlg4缺失还会导致神经肌肉突触结构异常。进一步研究发现,这些形态和发育缺陷会造成突触的神经递质传递效率的下降,并进而影响果蝇幼虫运动活性。DNlg4缺失导致的这些突触发育缺陷和功能障碍可被突触前运动神经元表达的外源DNlg4所挽救,却不能被突触后肌肉细胞中表达DNlg4挽救。
  为了阐明DNlg4调控突触发育的机制,我们利用遗传杂交方法发现DNlg4与影响突触发育的骨成形素(Bone Morphogenetic Protein,BMP)信号通路的分子存在遗传学相互作用。我们进一步发现DNlg4对运动神经元的BMP信号水平有正向的调控作用。免疫染色和免疫印迹结果显示,DNlg4以转录后作用特异性地调控BMP的Ⅰ型受体Thickvein(Tkv)在突触前的蛋白水平。利用免疫共沉淀技术和Pull down实验,我们进一步证实DNlg4与Tkv在体内存在相互作用,且这种作用依赖于DNlg4N端的乙酰胆碱酯酶类似结构域。
  综上所述,我们的研究揭示了果蝇DNlg4通过稳定突触前的Tkv,调控运动神经元BMP信号水平,进而调控神经肌肉突触的生长。在这个调控过程中,DNlg4不是作为突触后分子,而是作为突触前分子行使功能。

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