Neddylation修饰调控谷氨酸能神经元发育与突触传递功能的新机制

本研究针对神经元发育与功能调控中Nedd8蛋白修饰（neddylation）的作用机制这一关键科学问题，通过构建条件性Nedd8敲除小鼠模型，系统揭示了neddylation通过调控转录因子网络影响谷氨酸能神经元分化成熟，并发现其通过改变vGlut1/vGlut2表达平衡和突触小泡-电压门控钙通道（VGCC）耦联效率来调节突触传递概率（Pvr）的新机制。该研究发表于《Communications Biology》，为理解神经发育障碍和突触功能异常疾病提供了新的分子靶点。

　　

在神经科学领域，蛋白质翻译后修饰（PTM）如同精密的分子开关，调控着神经元从发育到功能的每个关键环节。虽然磷酸化（phosphorylation）和泛素化（ubiquitination）等修饰已被广泛研究，但类泛素蛋白Nedd8介导的neddylation修饰在神经元中的功能仍如雾里看花。既往研究表明，neddylation缺失会导致胚胎致死，暗示其在发育中的核心作用，但这一修饰如何塑造谷氨酸能神经元（glutamatergic neurons）的命运和突触特性，仍是未解之谜。更引人深思的是，现有研究多采用药物抑制或晚期干预策略，难以区分neddylation在神经发育不同阶段的特异性功能。

为破解这一难题，Josefa Torres等研究团队在《Communications Biology》发表的研究工作，如同在神经分子调控迷宫中点亮了一盏明灯。研究人员创造性地构建了条件性Nedd8敲除（Nedd8-cKO）小鼠模型，在出生后谷氨酸能神经元中特异性消除neddylation修饰，结合多组学分析和前沿成像技术，揭示了neddylation调控神经元分化与突触功能的双重机制。

关键技术方法包括：1）CRISPR/Cas9基因编辑构建条件性Nedd8敲除小鼠模型；2）原代海马神经元自体突触（autaptic）培养系统；3）高分辨率STED显微镜和电子断层扫描技术进行突触超微结构解析；4）全细胞膜片钳记录分析突触传递短时程可塑性；5）RNA测序和生物信息学分析转录组变化；6）Western blot和qPCR验证关键分子表达变化。所有实验均使用Nedd8-cKO小鼠原代神经元，通过Cre/loxP系统实现时空特异性基因敲除。

研究结果首先在"Nedd8-KO neurons show morphological defects but no change in synapse number"部分揭示：Nedd8缺失导致树突复杂性轻微降低（Sholl分析显示50-100μm区域交叉树突数减少），但突触数量（通过synapsin1/PSD95共定位评估）和超微结构（电子断层扫描显示活性区形态和突触小泡分布）保持正常。这提示neddylation主要影响神经元的形态发生而非突触形成。

在"Altered synaptic transmission in Nedd8-KO neurons"部分，电生理数据显示：Nedd8缺失使突触小泡即刻释放池（RRP）减小30%（通过高渗蔗糖刺激评估），释放概率（P_vr）显著增加，但自发性微小兴奋性突触后电流（mEPSC）振幅不变。高频刺激（40Hz）诱导的突触抑制加剧，反映短期可塑性改变。这些变化不伴随电压门控钙通道（VGCC）功能改变，暗示突触前调控机制异常。

"Normal VGCC activity but reduced SV-VGCC coupling in Nedd8-KO neurons"部分进一步阐明：钙通道阻断剂（ω-Agatoxin和nimodipine）处理显示VGCC亚型功能正常，但钙螯合剂EGTA-AM实验揭示突触小泡与VGCC的空间耦联效率降低，这可能是P_vr升高的结构基础。

转录组分析部分"Altered expression of genes encoding key pre-synaptic proteins in Nedd8-KO neurons"发现：RNA测序显示Nedd8缺失导致66个突触相关基因（SynGO数据库）表达异常，其中vGlut1（Slc17a7）表达下降60-70%，vGlut2（Slc17a6）上升50%，内吞蛋白endophilin1降低50%。免疫荧光证实vGlut1阳性突触数量减少但单个突触内vGlut1分布正常（STED显微镜验证）。

"P_vr defects in Nedd8-KO neurons are not reverted by vGlut2 knock-down or vGlut1 overexpression"部分通过基因挽救实验证明：单独恢复vGlut1表达或敲低vGlut2均不能挽救P_vr异常，这与endophilin1表达持续低下相关，提示neddylation通过多靶点协同调控突触功能。

最后"Neddylation regulates excitatory neurodevelopment"部分揭示分子机制：neddylation缺失导致神经前体细胞转录因子（Pax6、Sox2）异常维持和神经分化标志物（NeuroD1/2、Tbr1）表达受阻，表明其通过cullin-RING E3泛素连接酶（CRL）调控转录因子稳态，进而影响谷氨酸能神经元分化程序。

这项研究的重要意义在于：首次系统阐明了neddylation在谷氨酸能神经元发育中的双重调控作用——既通过转录网络决定神经元分化命运，又精细调节突触前释放特性。发现vGlut1/vGlut2转换障碍与endophilin1表达下调共同构成突触功能异常的分子基础，为理解神经发育疾病（如智力障碍、自闭症）中突触传递异常提供了新视角。技术层面，条件性基因敲除模型克服了胚胎致死限制，为研究PTM在特定神经亚群中的功能建立了新范式。未来研究可进一步探索neddylation在神经退行性疾病和突触可塑性中的动态调控机制。