北大王韵Nature亮点文章解析神经极性进展

　　

生物通报道，北京大学神经科学研究所王韵组最新神经极性研究成果公布在2008年8月27日《The Journal of Neuroscience》上，近期， 9月24日Nature China评论该文章为Highlights。

 

 人类的大脑是一个由数以亿计的神经元构成的网络结构，每个神经元通过突触按照一定的方式相互连接，彼此调节，从而控制从呼吸、心跳到感觉、认知各个层次的生理活动。神经元的形态和功能千差万别，但都有一个共同的特征，就是有一根细长的轴突和多根复杂的树突，神经元这种特殊形态的形成过程称为神经元极性建立。这种极性形态是神经系统构成功能网络的基础。

 

细胞支架动力和膜分泌运输是建立和维持神经元极性的基础。在神经网络的形成过程中，几个信号蛋白通过细胞骨架生物力来参与神经网络的构建。然而，科学家们一直不清楚这些信号蛋白在神经元胞体里作用的机制，如何调控分泌运输和神经极性。

 

研究发现，蛋白激酶D（Protein kinase D, PKD）是苏氨酸/丝氨酸蛋白激酶家族家族的一员，PKD对神经元细胞高尔基体生物动力和膜运输起重要的调控作用。

 

王韵研究组研究发现，两个PKD酶，PKD1和PKD2是建立和维持神经极性的关键酶。一旦PKD酶被小RNA阻断功能，就会阻断极性膜运输的功能导致神经元形成多级轴突。如果在重新使PKD获得功能，将通过丝状肌动蛋白恢复神经元的正常极性。

 

PKD1和PKD2还具有维持神经极性的功能，当PKD1和PKD2被抑制时，树突会转变为轴突而使神经元功能异常。PKD与其他极性蛋白不同之处在于，PKD不通过细胞骨架生物力来影响神经元极性。反之，PKD通过高尔基体来调节神经极性。这些发现为神经极性研究提供了新的研究方向。

 

原文摘要：Both the Establishment and Maintenance of Neuronal Polarity Require the Activity of Protein Kinase D in the Golgi Apparatus

 

【Abstract】

Neuronal polarization requires coordinated regulation of membrane trafficking and cytoskeletal dynamics. Several signaling proteins are involved in neuronal polarization via modulation of cytoskeletal dynamics in neurites. However, very little is known about signaling proteins in the neuronal soma, which regulate polarized membrane trafficking and neuronal polarization. Protein kinase D (PKD) constitutes a family of serine/threonine-specific protein kinases and is important in regulating Golgi dynamics and membrane trafficking. Here, we show that two members of the PKD family, PKD1 and PKD2, are essential for the establishment and maintenance of neuronal polarity. Loss of function of PKD with inhibitor, dominant negative, and short interfering RNA disrupts polarized membrane trafficking and induces multiple axon formation. Gain of function of PKD can rescue the disruption of polarized membrane trafficking and neuronal polarity caused by cytochalasin D, which results in F-actin depolymerization. PKD1 and PKD2 are also found to be involved in the maintenance of neuronal polarity, as evidenced by the conversion of preexisting dendrites into axons on PKD inhibition. Unlike other polarity proteins, PKD does not interact with the cytoskeleton in neurites. Instead, PKD regulates neuronal polarity through its activity in the Golgi apparatus. These data reveal a novel mechanism regulating neuronal polarity in the Golgi apparatus.

（生物通 张欢）

 

附

王韵，医学博士
北京大学基础医学院神经生物学系 副主任

北京大学教授，博士生导师

兼任中国生理学会副秘书长，中国神经科学学会分子神经生物学专业委员会委员，《生理科学进展》常务编委，美国神经科学学会会员，中国疼痛学会会员

科研兴趣及研究方向：

主要从事神经系统细胞信号转导的研究。在科技部“973”项目，教育部全国优秀青年教师奖励基金，教育部“211” II期工程，教育部归国人员启动基金，国家自然科学基金重点及面上项目，北京市自然科学基金及中国中医药管理局资助项目等基金的资助下，目前研究工作的重点主要集中在以下四个方面：
（1）痛与痛觉调制细胞信号转导通路的研究：通过分子生物学，蛋白质生物化学，形态学，电生理学及行为学手段比较研究三种慢性痛模型（慢性炎症痛，神经源性痛及癌症痛）初级感觉神经元和脊髓背角多种痛觉信息分子的作用，以期勾画出在上述三种慢性痛发生、发展过程中起关键作用的信息分子及其可能的信号转导通路。

（2）蛋白激酶系统在中枢神经系统发育及损伤的作用研究：以细胞信号转导为手段，探讨不同的蛋白激酶系统在中枢神经系统发育及损伤的作用。
（3）阿片耐受、依赖及成瘾细胞信号传导通路的研究：采用分子生物学，蛋白质生物化学，形态学，电生理学及行为学等手段在整体、细胞、分子等多个水平深入研究阿片类药物成瘾的神经机制及其可能的信号转导通路。
（4）中枢对外周电刺激频率响应性分子机制的探讨：以细胞信号转导为手段，探讨中枢对不同频率外周电刺激的反应性及部位特异性，以提供中枢神经系统对不同外周刺激处理方式的生物信息学方面的新资料。