钟毅课题组-2

发布日期:2018-01-05 来源:本站

1. 发现新的遗忘分子机制

钟毅课题组在探索新遗忘分子机制方面取得了突破性进展。我们发现阻断Rac1介导的主动遗忘后,果蝇的短时记忆遗忘虽然显著地减缓了,但是一定程度的遗忘依然不可阻挡地发生。这使得我们一直思考一个问题:短时记忆是否还存在着一个独立于Rac1信号通路的全新遗忘机制?于是,我们开始着手设计多个能引起果蝇遗忘的学习范式。经过很长时间的探索,我们发现了包括温度变化、电刺激和嗅觉刺激在内的三种干扰能够引起不依赖于Rac1的遗忘现象。我们惊奇地发现,用遗传学手段上调Raf蛋白的活性能够显著地抵抗这些干扰引起的遗忘。这个实验结果使得我们开始关心Raf是否像Rac1一样可以调控短期记忆的遗忘。

通过进一步的研究发现,用遗传学手段上调Raf活性可以显著减缓记忆的遗忘,而不影响记忆的获得。并且通过冷麻醉实验发现,Raf只影响短期记忆的遗忘,而不影响长期记忆的遗忘。并且只在果蝇学习记忆中心神经元里调控Raf就可以双向地调控短期记忆。根据以上研究结果,我们猜测Raf调控的短期记忆遗忘机制可能与Rac1调控的主动遗忘一起共存并独立存在。如果这个猜测成立的话,那么我们同时抑制Raf和Rac1调控的遗忘后,短期记忆很可能会被冻结而不发生任何遗忘。这一猜测很快得到了实验数据的证实。这使我们得到了对短期记忆的全新认知:学习过程不仅通过激活cAMP这条经典信号通路来形成短期记忆,同时还要激活两个通路来调控已经形成的短期记忆:1)激活Rac1信号通路来主动遗忘短期记忆;2)激活Raf信号通路来主动保护短期记忆免受独立于Rac1通路遗忘的影响。这一部分研究工作已经完成投稿过程,正在评审过程中。

2. 遗忘调控性神经环路研究进展

1)果蝇多巴胺与APL神经元的研究

果蝇的记忆与遗忘的中枢为蘑菇体神经元(对称结构,每侧约2000个神经元)。已有研究表明,多巴胺神经元和γ-氨基丁酸能APL神经元是蘑菇体神经元的重要调控性神经元。但是,在这两群神经元之间是否有相互的调控,以及该调控是否参与记忆形成依然不清楚。我们(李岩团队)使用GRASP方法对这一问题进行了探索: 如果两组神经元之间距离足够近到可形成突触联系,则可以检测到绿色荧光蛋白信号。实验结果表明,多巴胺神经元和APL神经元之间存在形成突触联系的可能。这一发现为后续研究工作的开展提供了重要支持。

之前的研究认为,APL神经元通过γ-氨基丁酸的释放抑制蘑菇体神经元活性,从而负向调控学习记忆。我们(李岩团队)采用标准的惩罚性嗅觉学习范式,发现通过DD2R-RNAi下调APL神经元中DD2R表达时,学习指数显著下降。当使用另一个DD2R-RNAi品系时,也得到相似的结果。为了排除长期表达DD2R-RNAi所造成的发育影响,我们采用TARGET(Temporal And Regional Gene Expression Targeting,TARGET)的方法只在在羽化之后的成蝇阶段降低DD2R的表达。该果蝇在热激后才会诱导DD2R-RNAi的表达。与前期结果一致的是,热激诱导DD2R-RNAi表达后果蝇的学习指数显著降低,而在非热激诱导表达组学习指数不变。我们通过表达绿色荧光蛋白检测TARGET方法的效率,发现在热激诱导表达组有很强的绿色荧光蛋白的信号,而在非热激诱导表达组则没有绿色荧光蛋白的信号。综上所述,我们发现,在APL神经元中,缺失DD2R介导的抑制会使嗅觉记忆指数显著降低。这一发现进一步增加了我们对本项目拟研究的遗忘调控性神经元环路的认识。

2)小鼠触发本能恐惧反应的神经环路的研究

在啮齿类动物小鼠模型中,恐惧记忆范式是应用极为广泛的记忆研究手段。对于恐惧记忆神经环路的研究,研究者们已经取得了多项重要成果。然而,目前对于小鼠恐惧记忆的遗忘机制的研究尚处于起步阶段。在本项目中,我们(曹鹏团队)以小鼠为模型,以研究恐惧反应本身的神经环路为切入点,以期得到恐惧记忆遗忘神经环路机制的重要线索。在这一方面,我们本年度已经取得重要进展。相关数据已整理成文,投送《Nature Communications》。审稿人意见良好,正在修改中。

主要研究进展简述如下。第一,我们进一步完善了诱发小鼠本能恐惧反应的视觉刺激和行为记录系统,并建立了对其进行定量分析的方法。通过定量分析,我们发现 Looming 视觉刺激可引起小鼠两类典型的“战斗-逃跑”行为模式。第一类是“Escape-Freeze”模式,第二类是“Freeze-only”模式。第二,我们系统分析了上丘 PV+ 神经元在这两种行为模式中的功能,发现上丘 PV+ 神经元同时参与触发这两种行为模式。第三,我们系统地追踪了上丘 PV+ 神经元的下游脑区,发现上丘 PV+ 神经元可以投射到下游的多个脑区。第四,我们发现上丘 PV+ 神经元能检测视野中的 Looming 视觉刺激,并将信号传递给下游的PBGN和LPTN两个脑区。第五,我们发现激活PV+ SC-PBGN和PV+ SC-LPTN 通路,可以分别引起“escape-freeze”和“freeze-only”模式。第六,我们发现PBGN和LPTN中的谷氨酸能神经元可以同时被 Looming 视觉刺激激活,暗示二者在触发两类“战斗-逃跑”行为模式中可能存在竞争关系。第七,我们发现分别失活PBGN或LPTN神经元,小鼠的行为模式将完全受另外一个核团的控制,进一步证实两个核团在控制“战斗-逃跑”行为模式中存在协同竞争的关系。