镁离子转运体基因NIPA2突变对神经元兴奋性的影响及其机制

NIPA2 gene encodes a very selective magnesium transporter, and magnesium-induced receptors and ion channels play a vital role in neural excitability. In our previous study, we found NIPA2 mutations were associated with human absence epilepsy, and NIPA2 mutations reduced intracellular magnesium concentration. We also found low intracellular magnesium increased field excitatory post-synaptic potentials in rat brain slices. To observe the effect of neural excitability induced by NIPA2 mutations and reveal the mechanism that the mutations change neural excitability, we intend to use whole cell patch clamp, immunofluorescence, confocal imaging and computational modeling to detect changes of action potential, and to observe changes of magnesium-activated big-conductance potassium channels induced by NIPA2 mutations. We hope the effect and mechanism of neural excitability induced by NIPA2 mutations will be primarily revealed, and provide a clue for new potential drug target for antiepileptic treatment.

NIPA2基因编码的是一种高选择性镁离子转运体，受镁离子调节的受体和通道对神经元兴奋性有重要作用。我们组前期研究发现NIPA2基因突变与失神癫痫相关，而且NIPA2突变可导致细胞内镁离子浓度降低，在细胞内低镁的大鼠脑片模型上观察到细胞内低镁可导致局部兴奋性突触后电位的增强。为进一步揭示NIPA2突变对神经元兴奋性的影响及其发生机制，拟选择已构建好的2种在前期研究中发现的可导致细胞内镁离子下降的突变体，感染原代培养的胚胎大鼠大脑皮层神经元，应用全细胞膜片钳、免疫荧光结合激光共聚焦显微镜技术、计算机生物模拟等方法来观测NIPA2基因突变对神经元动作电位幅度及频率的影响，并观察NIPA2突变是否通过改变细胞内镁离子激活的大电导钾通道的电生理及生物学特性而最终导致了神经元动作电位的改变，以期初步揭示NIPA2基因突变引发的神经元兴奋性改变及其可能机制，为探寻新的抗癫痫药物靶点提供有益线索。

儿童失神癫痫是遗传性全面性癫痫的常见类型。本课题组在国际上首次报道了编码镁离子转运体的NIPA2基因为儿童失神癫痫的易感基因之一，并发现NIPA2功能缺失可导致细胞内镁离子浓度降低。然而，NIPA2功能缺失对神经元兴奋性的影响尚不明确。本项研究目的在于初步揭示NIPA2功能缺失对神经元兴奋性的影响及其调节机制。通过本项研究，我们发现：1、NIPA2功能缺失导致了小鼠皮层及丘脑神经元的兴奋性异常增高，为探讨NIPA2突变导致癫痫发生提供了有益线索；2、NIPA2功能缺失导致细胞内镁离子激活的大电导钾通道（BK通道）的电流减少，而应用BK通道开放剂可以逆转NIPA2功能缺失对BK通道电流的影响，这提示NIPA2功能缺失对小鼠神经元兴奋性的影响是通过BK通道来调节的；3、唑尼沙胺，作为一种临床药品，可以通过激活BK通道而逆转NIPA2功能缺失所致的小鼠神经元兴奋性异常增高，这为临床上应用唑尼沙胺治疗NIPA2功能缺失性突变所致癫痫提供了实验依据；4、在高钾模拟癫痫的模型中，NIPA2-mRNA的表达受到抑制，提示在癫痫的情况下，有负控机制抑制NIPA2基因的表达；5、NIPA2表达量呈现年龄依赖性，为儿童失神癫痫的年龄自限性特点提供实验依据。总之，通过本项研究，初步揭示了NIPA2与神经元兴奋性之间的关联，为进一步研究NIPA2功能缺失导致癫痫的机制提供了实验基础。