本期向大家介紹一篇最近在Mol Psychiatry發(fā)表的一篇關(guān)于鑒定Neurensin-2為一種新的情感行為調(diào)節(jié)因子的文章，文章題目：‘Identification of Neurensin-2 as a novel modulator of emotional behavior’，DOI：10.1038/s41380-021-01058-5，影響因子：12.384，通訊作者：Yotam Sagi，ysagi@rockefeller.edu（Laboratory for Molecular and Cellular Neuroscience, The Rockefeller University）。

一、背景介紹

大腦中的海馬體被認(rèn)為是處理記憶和情感的關(guān)鍵腦區(qū)。海馬體中的cholecystokinin-expressing（CCK）細(xì)胞和parvalbumin-expressing（PV）細(xì)胞均屬于gama-氨基丁酸能（GABAergic）中間神經(jīng)細(xì)胞，對(duì)抑郁癥行為起調(diào)控作用。SMARCA3蛋白是一種染色質(zhì)重塑因子（chromatin-remodeler factor），具有DNA分子修復(fù)和基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)等功能，但科學(xué)家仍然不清楚受SMARCA3調(diào)控的具體有哪些基因以及其在情感行為中發(fā)揮的生物學(xué)功能。Neurensin-2是一種神經(jīng)細(xì)胞特異性表達(dá)的囊泡蛋白，與胞內(nèi)蛋白運(yùn)輸相關(guān)。本研究通過(guò)基因敲除和過(guò)表達(dá)，qPCR，小鼠行為實(shí)驗(yàn)，生物信息學(xué)，細(xì)胞電生理，Co-IP等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)：SMARCA3可以抑制Neurensin-2的表達(dá)；Neurensin-2表達(dá)水平下降伴隨著小鼠抗壓能力增強(qiáng)，反之則伴隨著抑郁癥行為的增加。

二、結(jié)果展示

1. 敲除CCK細(xì)胞中的SMARCA3導(dǎo)致了情感行為的缺陷

作者為了研究SMARCA3在在海馬體中起到的作用，首先用核糖體親和純化(TRAP)技術(shù)，分析其在多種海馬體細(xì)胞中的表達(dá)水平，結(jié)果顯示SMARCA3在CCK和PV中間神經(jīng)元（均為海馬體中的神經(jīng)細(xì)胞）中有較高的表達(dá)水平。

接著作者為了探討SMARCA3對(duì)情感行為的影響，分別敲除小鼠CCK和PV中間神經(jīng)元中SMARCA3的編碼基因（Hltf），然后用基因敲除小鼠（cKO-CCK或cKO-PV小鼠）做抑郁相關(guān)的行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示只有cKO-CCK小鼠有明顯的抑郁癥行為（圖1a-d），說(shuō)明只有CCK細(xì)胞中的SMARCA3起到抗抑郁行為的作用。另外還在cKO-CCK小鼠中發(fā)現(xiàn)了焦慮行為。

圖1a-b

2. SMARCA3調(diào)節(jié)CCK細(xì)胞上AMPAR（一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)受體）介導(dǎo)的電信號(hào)

作者運(yùn)用TRAP，RNA-seq，pathway analysis和電生理等研究技術(shù)，發(fā)現(xiàn)SMARCA3是通過(guò)調(diào)節(jié)胞吞過(guò)程來(lái)調(diào)控CCK神經(jīng)細(xì)胞AMPAR電信號(hào)的（圖1e-i）。在cKO-CCK小鼠中，CCK細(xì)胞上由AMPAR介導(dǎo)的的微小突觸后膜電流被觀察到明顯的電流頻率和幅度的下降（圖1j-l）。

圖1e-i

圖1j-l

3. SMARCA3抑制Neurensin-2的表達(dá)水平

在此研究的所有被測(cè)基因中，編碼Neurensin-2的基因Nrsn2是受到SMARCA3調(diào)控最明顯的基因（圖2a，b）。從qPCR實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出cKO-CCK小鼠中的Nrsn2轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)，說(shuō)明SMARCA3抑制Nrsn2的轉(zhuǎn)錄（圖2c）。

另外作者對(duì)比了幾種海馬體細(xì)胞內(nèi)Nrsn2的轉(zhuǎn)錄水平，結(jié)果顯示Nrsn2在CCK和PV細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄水平明顯高于其它細(xì)胞（圖2d），并且免疫組化結(jié)果也展示了Neurensin-2在這兩種細(xì)胞中的特異性表達(dá)（圖2e，f）。蛋白印記實(shí)驗(yàn)表明Neurensin-2蛋白水平在cKO-CCK小鼠中上調(diào)（圖2g）。

圖2

4. 慢性壓力抑制了SMARCA3表達(dá)從而使Nerrensin-2表達(dá)水平上升

作者通過(guò)對(duì)小鼠施加慢性社會(huì)壓力（chronic social defeat stress paradigm），研究了慢性壓力對(duì)SMARCA3-Neurensin-2-AMPAR通道的影響。蛋白印記結(jié)果顯示壓力敏感型（stress-sensitive）小鼠的SMARCA3表達(dá)水平下降（圖3b），而Neurensin-2表達(dá)水平上升（圖3c），此結(jié)果支持了在抑郁癥（壓力誘導(dǎo)）個(gè)體中，SMARCA3-Neurensin-2-AMPAR通道被抑制的觀點(diǎn)。此外，壓力敏感型小鼠與上述cKO-CCK小鼠的電生理結(jié)果相符（圖3d-f，圖1j-l）。

另外，從ATAC-seq實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，Nrsn2基因的染色質(zhì)開(kāi)放性在cKO-CCK和對(duì)照組小鼠中沒(méi)有明顯差異，說(shuō)明SMARCA3對(duì)Neurensin-2的抑制表達(dá)作用是間接性的，而非直接調(diào)控Nrsn2基因轉(zhuǎn)錄（圖3g-j）。

圖3

5. Neurensin-2水平調(diào)節(jié)抑郁癥行為

為了研究Neurensin-2水平與抑郁癥行為的關(guān)系，作者過(guò)表達(dá)或敲除小鼠海馬齒狀回區(qū)域CCK細(xì)胞的Nrsn2基因（圖4a，b，i），然后采取多種行為學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試小鼠的抑郁或焦慮癥行為，結(jié)果顯示阻斷Neurensin-2表達(dá)可以增強(qiáng)小鼠對(duì)慢性壓力的抵抗力，而增加其表達(dá)量會(huì)導(dǎo)致抑郁癥行為（圖4a-n）。

圖4

6. Neurensin-2通過(guò)結(jié)合突觸后膜蛋白來(lái)調(diào)節(jié)AMPAR介導(dǎo)的電信號(hào)

作者利用免疫共沉淀（Co-IP）和GO功能注釋分析，確定Neurensin-2與胞吞性囊泡結(jié)合然后作用于突觸后膜蛋白（圖5a，b）。Co-IP結(jié)果顯示與Neurensin-2相結(jié)合的突觸后膜蛋白主要有Clathrin HC，VPS37b，Homer3和Arpc1b（圖5c）?；罴?xì)胞成像結(jié)果顯示了Neurensin-2與胞吞性囊泡蛋白的共定位（圖5d，e），說(shuō)明Neurensin-2在突觸后膜蛋白的胞吞過(guò)程中起作用。

另外，蛋白印跡結(jié)果顯示Neurensin-2 KO小鼠中的AMPA受體亞基和Homer1（一種調(diào)節(jié)AMPA受體胞吞過(guò)程的蛋白）的表達(dá)量相對(duì)于對(duì)照組明顯增加（圖5f-h），說(shuō)明Neurensin-2參與AMPA受體數(shù)量的動(dòng)態(tài)調(diào)控（與神經(jīng)可塑性有關(guān)）。

最后，作者通過(guò)電生理實(shí)驗(yàn)證明過(guò)表達(dá)Neurensin-2使海馬體齒狀回區(qū)域CCK細(xì)胞上的電流幅度增加（圖5i-k），敲除Neurensin-2使小腦浦肯野細(xì)胞（一種電傳導(dǎo)性較強(qiáng)的神經(jīng)細(xì)胞）電流幅度和頻率均降低（圖5l-n）。

圖5

研究意義與前景

1.此研究發(fā)現(xiàn)了一種可以調(diào)控抑郁癥行為的新型細(xì)胞特異性分子——Neurensin-2，為開(kāi)發(fā)新的抗抑郁藥物提供了新的潛在靶點(diǎn)。

2.根據(jù)研究結(jié)果推斷Neurensin-2有可能是通過(guò)對(duì)海馬體CCK神經(jīng)細(xì)胞上AMPA受體數(shù)量的動(dòng)態(tài)調(diào)控，從而影響神經(jīng)細(xì)胞可塑性與動(dòng)物情感相關(guān)的行為。

3.研究中涉及到的GABAergic中間神經(jīng)細(xì)胞在多種神經(jīng)疾病中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，如自閉癥，精神分裂癥，癲癇，記憶損傷等。