酪氨酸激酶Pyk2调控谷氨酸受体复合物引起学习记忆障碍的分子机制研究

Learning and memory impairment is a common clinical manifestation of various brain and systemic diseases and affects life quality seriously, but the molecular mechanism is unclear. Its most severe representation is dementia, including Alzheimer's disease (AD). The tyrosine kinase Pyk2 is highly expressed in the central nervous system, and is a high-risk factor for AD, with elevated expression in AD. It is also involved in memory disorders caused by Huntington's disease and ischemic brain damage. However, the molecular mechanism by which Pyk2 regulates learning and memory impairment is unclear. We have generated a transgenic strain with neuronal-specific overexpression of Pyk2, and observed phenotypes indicating learning and memory deficits. The Pyk2-interacting protein Fyn is activated in the transgenic brain, and is known to phosphorylate postsynaptic glutamate receptor (NMDAR) and Tau protein, thereby regulating the stability of the receptor complexes and affecting synaptic plasticity in learning and memory. Hence, we hypothesized that Pyk2 overexpression may induce learning and memory impairment through the function of Fyn to regulate the NMDAR complex formation. By integrating animal behavior, histopathology, biochemistry and recombinant viral expression experiments, this project intends to elucidate the mechanisms of how Pyk2 up-regulation mediates learning and memory impairment at the molecular level and animal level, and to provide drug targets and theoretical basis for the treatment of learning and memory disorders.

学习记忆障碍是多种脑部和全身性疾病的一种共有性临床表现，严重影响患者生活质量，但分子机理不清。其最严重的表现形式为痴呆，包括阿尔茨海默症（AD）。酪氨酸激酶Pyk2在中枢神经系统中高表达，为AD高风险因子且在AD中表达升高，还参与亨廷顿舞蹈症和缺血性脑损伤等引起的记忆障碍，但Pyk2如何调节学习记忆的分子机制尚不清楚。申请人前期建立的神经细胞过表达Pyk2的转基因动物模型展现了学习记忆障碍表型，Pyk2相互作用蛋白Fyn也被激活。Fyn可以磷酸化突触后谷氨酸受体调控受体复合物的稳定性，从而影响学习记忆中的突触可塑性。申请人推测Pyk2过表达可能通过Fyn调控谷氨酸受体复合物的功能，导致学习记忆障碍。本项目拟结合动物行为学、组织病理学、生物化学以及重组病毒表达等实验，在分子水平和动物水平阐述Pyk2上调引起学习记忆障碍的机理，为治疗学习记忆障碍类疾病提供药物靶点和理论依据。

黏着斑激酶FAK家族成员PTK2B编码Pyk2被报道在多种神经退行性疾病包括亨廷顿和阿尔茨海默病中其重要作用，但其在学习记忆中的作用是否过度激活或其过表达对学习记忆的影响并未完全清楚。本研究通过构建神经细胞特异性过表达Pyk2的转基因动物模型，研究Pyk2在相关动物行为中的具体功能。本项目通过各种病理检测，生物化学检测以及分子生物学研究手段发现，pyk2过表达小鼠表现出运动行为障碍以及新物体识别障碍，老龄化小鼠呈现出小胶质细胞激活以及细胞凋亡增高。相关结果在线虫模型中进行了验证。老龄转基因小鼠脑裂解液以及突触提取物中NMDAR复合物组分PSD95、Fyn、Tau等组分的表达并无显著差异。生化研究显示Pyk2 在神经细胞和体外过表达细胞中呈现大量蛋白聚集的现象，且聚集与其激酶活性以及FERM结构域相关，蛋白聚集造成了细胞内内质网应激的发生，通过干预Pyk2活性以及内质网应激相关通路可以缓解细胞死亡。本研究对Pyk2在学习记忆中的作用和Pyk2过表达以及蛋白聚集引起的相关神经退行性疾病的机理有提示作用，暗示其可以作为相关疾病的靶点。