狂犬病病毒街毒株感染导致神经元树突棘变性的分子机制

Neurons are polarized with axons and dendrites.Dendritic spines,which are small protrusions of various shapes on a dendrite and the postsynaptic element of most excitatory synapses,play pivotal roles in nerve functions.Our previous work demonstrated that dedritic degeneration could be shown in neurons after street rabies viruses(SRV) infection.However,the mechanisms are not clear.In this proposal,primary hippocampus neurons will be prepared and transfected by fluorescent-fused actin or globulin plasmids, then the transfected neurons are infected with SRV and the cytoskeleton changes will be confirmed.Cytoskeleton formation inhibitors also will be used to identify the main transport processes between actin and microtubule involving in SRV infection and dedritic spines morphology.Based on above observation, the differential expressed cytoskeleton proteins and the main structural protein via SRV infection will be screened.The key skeleton proteins were selected by the interaction between the main structural protein of SRV and the differential expressed cytoskelton preoteins.The key skeleton proteins will be regulated by siRNA or high expression plasmids transfection in vitro,and their functions will be investigated in cytoskeleton formation、spine morphology and SRV multiplication after SRV infection. We will finally evaluate the data in vivo. This will be the first proposal attempt to build the relationships between spine cytoskeleton and the neuronal dysfunction ,and will be a novel way to explore the pathogenesis of Rabies,and could be applied to deduce the mechanisms about retroplasmic transport and trans-synaptic spread of SRV.

树突棘为神经元树突表面的突起物，充当神经兴奋性突触的突触后膜。本项目前期工作表明，狂犬病病毒街毒株（SRV）可引起树突棘变性，但其机制并不清楚。为此，本研究拟应用融合荧光蛋白的骨架蛋白质粒转染原代海马神经元细胞，观察SRV感染后细胞骨架的变化，同时应用骨架形成调节剂，确定在SRV感染及树突棘变性过程中涉及的主要骨架类型；应用基因表达谱芯片及定量 PCR等筛选SRV感染发生差异表达的主要骨架蛋白；将SRV结构蛋白质粒转染的神经元骨架变化与SRV感染的比较，确定主要结构蛋白，并通过与结构蛋白相互作用研究，从中筛选出关键骨架蛋白；在体内对关键骨架蛋白调控表达，结合SRV感染，检测其对树突棘及SRV增殖的影响；将所得结果在体内验证，推断SRV感染引起树突棘变性的机制。本研究首次通过树突棘骨架变化探索SRV致神经功能异常的机制，研究结果还可用于SRV逆轴浆运输及跨突触传播机制的阐释。

为深入探究狂犬病病毒（RV）感染引起神经功能异常的机制，本项目发现在RV街毒株感染小鼠海马CA1区点状荧光强度降低、在原代神经元上树突棘减少；通过检测与微丝相关基因发现，cfll3、ssH1、gsn和ppp3a等与F-actin解聚相关基因显著上调，而limk和Pfn1等与F-actin聚合相关基因显著下调，提示RV感染引起了F-actin解聚；对F-actin信号通路相关蛋白进一步研究发现，GTPase家族中Rac蛋白活性受到抑制， p-PAK和p-cofilin表达量降低，而总PAK和cofilin无明显改变，因此推断RV感染引起F-actin解聚是通过抑制Rac-PAK-cofilin信号途径实现的。进一步研究还发现，RV感染引起了微管末端蛋白EB3和p140Cap表达下调， Rac蛋白活性降低，说明F-actin解聚还与微管稳定性有关。进一步对微丝、微管和神经递质相关基因检测，发现RV感染引起katna1、mylk、gelsolin、APC、Gsk3β等基因表达上调，kif5b、klc1、stmn1等基因表达下调。这些基因的表达变化，提示RV感染引起的神经功能异常可能涉及细胞骨架稳态的改变、物质运输和神经递质功能异常。同时，本项目还利用酵母双杂交系统筛选到3种与RV P相互作用蛋白，其中以突触相关Snapin蛋白的杂交信号最强；在RV感染脑鼠，Snapin mRNA和蛋白水平上调；当Snapin蛋白过表达时，P 蛋白mRNA和蛋白水平均上调，而P 蛋白过表达也同样引起Snapin mRNA和蛋白表达上调，首次揭示了RV P蛋白与宿主蛋白Snapin存在正相互作用。此外，还进行了骨架抑制剂对RV感染及复制的影响及突触体蛋白谱学变化等研究。这些结果对于解析RV感染导致神经树突棘变性提供了重要的实验数据。