γCaMKⅠ调控中间神经元发育的机制及其与自闭样症状行为的关系

Neuronal activity regulates the development of inhibitory interneurons, whose dysregulation is closely related to autism spectrum disorder (ASD), however, pathogenesis is still unclear. To date, although neuronal activity can activate nuclear gene transcription through calcium signal transduction to regulate neuronal development, it is difficult to manipulate signaling pathways at molecular level to elucidate its function in vivo due to the lack of understanding of the key proteins that decode calcium signal in interneurons. Our previous studies showed that γCaMKⅠ could act as calmodulin shuttle for calcium into the nucleus of PV positive interneurons, indicating a possible role of γCaMKⅠ in activity-dependent pathway to regulate the development of interneurons. Applicant will utilize transgenic mouse model combined with multiple techniques including morphological, molecular, electrophysiological and behaviors methods to reveal the functions of γCaMKⅠ in regulation of interneurons development in cerebral cortex. With the aim to clarify the relationship of γCaMKⅠ and autism-like behaviors, this study will provide new insights into pathological mechanisms of ASD and the novel drug targets for therapeutics from bench to clinic.

抑制性中间神经元的发育依赖于其活性的调控，该过程失调与自闭症谱系障碍（ASD）患者发病密切相关，但其致病机制还不清楚。目前的研究难点在于虽然已知神经元活动可以通过钙离子信号转导激活细胞核内基因转录调控神经元发育，但是由于缺乏对中间神经元内解码钙离子信号的关键蛋白的了解，还很难在分子水平操控该信号通路以阐明其在体功能。申请人课题组前期发现，在体外培养的PV+中间神经元中，神经元活动可激活γCaMKⅠ入核调控基因转录和树突分支，提示γCaMKⅠ可能是解码钙离子信号和调控中间神经元发育的关键分子。综上，申请人拟围绕γCaMKⅠ展开在体功能研究，利用转基因动物模型结合形态学，分子生物学和电生理学等方法研究γCaMKⅠ在大脑皮层中间神经元发育中的作用和功能，并利用行为学手段探讨其与自闭样症状行为的关系，为深入了解ASD的发病机理和开发新的药物靶点提供科学依据。

抑制性中间神经元的发育依赖于其活性的调控，该过程失调与自闭症谱系障碍（ASD）患者发病密切相关，但其致病机制还不清楚。钙调激酶(CaM kinase)作为解锁钙离子信号进而激活细胞核内基因转录的重要分子被认为可能在这一过程发挥重要功能。本研究结果发现在体水平，CaM kiases家族中一个重要激酶γCaMKII在中间神经元中高表达。利用Cre-loxp动物模型我们首先在PV这一最大类群的中间神经元中敲除γCaMKII，观察在出生两-三周左右敲除γCaMKII对PV中间神经元的形态没有产生影响，但可导致成年期PV中间神经元LTPE-I消失，经验依赖的θ和γ波震荡增强受损，长期恐惧记忆受到破坏。该研究成果发表于Neuron和Cell reports上。接着应用在中间神经元前体细胞中敲除γCaMKII以确定在胚胎期敲除γCaMKII对中间神经元发育影响，本项目发现胚胎期敲除γCaMKII可以导致动物产生ASD核心症状-社交行为障碍（社交能力和社交新奇性受损）。这些结果表明γCaMKII不仅在成年期调控中间神经元的功能同时也在发育早期起作用。随着γCaMKII在中间神经元中的作用和功能的阐明，我们将在γCaMKII CKO 小鼠中利用过表达γCaMKⅠ及其kinase dead的突变体，特异性解析γCaMKⅠ的功能和机制。从而不断揭示活动依赖下的CaM kinases对中间神经元发育的影响，该项目为了解中间神经元发育的分子机制及神经发育性疾病发病机理提供了科学依据。该项目执行期间，共发表SCI论文5篇。