蒲慕明973项目发《Nature》子刊文章

　　

生物通报道：来自中科院神经所的消息，中科院上海生化所神经生物学国家重点实验室（State Key Laboratory of Neuroscience），加州大学伯克利分校的研究人员在急性分离的大鼠海马脑片中进行了系统的电生理研究，发现了GABA能突触的可塑性发生机理，这揭示了发育中GABA能突触可塑性的发生模式和细胞分子机制，阐明了神经环路建立中GABA能突触连接的自我精细修整的工作方式。这一研究成果公布在最新一期（10月26日）《Nature Neuroscience》杂志在线版上。

文章的通讯作者是中科院神经所的蒲慕明教授和章晓辉博士，后者是蒲慕明教授在加州大学伯克利分校的博士后学生，本科毕业于杭州大学。其它两位研究人员分别是博士研究生徐春和赵漫夏。这一项研究工作受科技部973项目（2006CB806600 和2006CB943900）资助。

神经细胞之间通过特异的通讯结构——“突触”——形成功能性神经环路来传递和存储信息。突触在神经细胞持续活动影响下可发生特异性的结构和功能变化，这称之为“突触可塑性”。它在神经系统发育和学习记忆中起着至关重要的作用。在神经环路组成中，释放神经递质谷氨酸和γ—氨基丁酸（GABA）的神经元分别传递兴奋性和抑制性信息。其中占总细胞少数（约10% —20%）的GABA能神经元却对神经环路的功能平衡，复杂性以及计算建构起着关键作用，其突触传递在神经信息的编码、分选和传递中发挥重要作用。 然而，对这些少数的GABA能突触的可塑性发生机理却知之甚少。

在这篇文章中，研究人员在急性分离的大鼠海马脑片中进行了系统的电生理研究，发现发育早期GABA能突触的可塑性表现出神经元活动频率依赖的特性——高频率神经元相关活动引起突触效能的长时程增强（LTP）；而低频活动则引起长时程减弱（LTD）。并且，GABA能突触传递中的GABAB受体信号在高频活动诱导的长时程增强（LTP）中起着门控机制，能调制此突触可塑性的频率依赖性。

研究人员通过进一步的研究表明，高频神经元活动通过增强了突触后细胞胞内CaMKII激酶活性和细胞膜上Cl—转运体活动，进而改变胞内Cl—浓度而产生LTP。GABA突触在发育早期介导兴奋性的传递，对神经网络的形成和重塑起着关键作用。因此，这项研究工作揭示了发育中GABA能突触可塑性的发生模式和细胞分子机制，阐明了神经环路建立中GABA能突触连接的自我精细修整（refinement）的工作方式。

（生物通：万纹）

附：

蒲慕明博士，1974 年在美国 Johns Hopkins 大学生物物理系获博士学位；1974 年至 1976 年在美国 Purdue 大学生命科学系做博士后研究；1976 年9 月至 1985 年3 月在美国加州大学 Irvine 分校生物物理系任助理教授、副教授、教授；1985 年4 月至1988 年8 月在美国耶鲁大学医学院分子神经生物学系任教授；1988 年7 月至 1995 年12 月在美国哥伦比亚大学生物学系任教授；1996 年1 月至 2000 年 10 月在美国加州大学圣地亚哥分校生物学系任 Stephen W. Kuffler 讲座教授。1998 年 7 月筹建神经科学研究所；1999 年 11 月 27 日起任中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所所长。2000 年9 月起任美国加州大学 Berkeley 分校分子与细胞生物学系 Paul Licht 杰出讲座教授、2002 年起任神经生物学部主任。

蒲慕明博士主要从事轴突导向和突触可塑性的分子与细胞机制研究，是一位国际著名的神经生物学家。获得奖项及荣誉称号包括：美国 Javitz Neuroscience Investigator Award（1998）、台湾 Academia Sinica Member （2000）、美国 AAAS Fellow （2001）、美国 Ameritec Prize （2001）、吴瑞学会奖（2002）、法国 Ecole Normale Superieure 大学荣誉博士学位（2003）、中国国际科学技术合作奖等。任 Journal of Cell Biology （94-01）、Neuron （99-）、Journal of Neuroscience （99-04）、NeuroSignals （01-）、Current Opinions in Neurobiology （04-）、Biochemical & Biophysical Research Communications （03-） 等学术期刊的编委。他目前还担任日本 RIKEN 脑研究所顾问委员会的委员。
 

原文摘要：

GABAB receptor activation mediates frequency-dependent plasticity of developing GABAergic synapses

Activity-induced long-term modification of glutamatergic synapses depends on the frequency of synaptic activation. We found that long-term modification of developing rat hippocampal GABAergic synapses that was induced by repetitive coincident pre- and postsynaptic spiking was also frequency dependent. Spiking at 20–50 Hz resulted in synaptic potentiation, whereas spiking at 5 Hz led to synaptic depression. The potentiation was abolished by blocking GABAB receptors (GABABRs), whereas the depression was independent of GABABR activation and could be converted to potentiation by elevating GABABR activity. The potentiation could be attributed to a local postsynaptic increase in Na+/K+/2Cl- co-transporter activity near activated synapses. The activity of postsynaptic Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II was necessary for long-term potentiation of these developing GABAergic synapses and its phosphorylation at Thr286 could be enhanced by activating GABABRs with baclofen. Together with our finding that activation of GABABRs is frequency dependent, these results indicate that postsynaptic GABABR activation mediates frequency-dependent potentiation of developing GABAergic synapses.