8月25日上午，来自加州大学圣迭戈分校（University of California, San Diego）的Yimin Zou（邹益民）教授受IDG/麦戈文研究所的邀请来到北京大学，在王克桢楼1113会议室为大家带来了一场题为“Novel signaling mechanisms for glutamatergic synapse formation and maintenance”的学术报告。在之前的研究中，邹益民教授率先发现Wnt信号分子对于轴突路径导向和拓扑结构形成的作用，并在突触形成、神经环路损伤修复及神经发育疾病等研究领域有重要研究进展。在本场讲座中，邹益民教授主要介绍了实验室最近发表的研究成果，即Planar cell polarity信号分子在突触发育中的作用。

突触形成中的信号分子

　　突触是神经系统中通过化学信号或电信号连接神经元的重要结构。谷氨酸能突触，是大脑中主要的兴奋性突触类型。突触非对称性的细胞连接将突触区分为突触前膜和突触后膜，其中又有上百种蛋白存在于突触间隙。突触前膜和突触后膜上的蛋白组分的不同是由哪些信号通路决定的尚未可知。对于谷氨酸能突触形成中所参与的信号通路的研究，可以为研究者揭示突触可塑性、突触功能异常以及神经系统疾病提供帮助。

　　在之前的研究中，研究者发现Neurexins（NXs）和neuroligins（NLs）作为膜蛋白可能在突触形成中发挥重要作用。NX蛋白主要位于突触前膜，它可以与位于突触后膜的NL蛋白特异性识别，从而形成突触连接。NX和NL的基因突变和人类自闭症紧紧相关。但是进一步的研究发现，同时敲除a-NXs蛋白或者NLs 1-3号蛋白的小鼠并没有出现突触数量的明显变化。所以，是否存在其他信号分子参与突触形成过程一直受到很大的关注。

Planar cell polarity 信号分子在突触形成中的作用

　　Planar cell polarity（PCP）信号分子存在于很多上皮组织中。PCP信号分子在不同生物中高度保守，主要包括Frizzled，Dishevelled, Diego, Prickle, Vang(l) 和Flamingo(Fmi)/Celsr等分子，他们可以在钙黏蛋白介导的连接中形成不对称复合物参与邻近上皮细胞的连接。PCP组分还是神经性迁移和轴突导向的重要调控分子，从而影响突触的形成。 为了研究PCP信号分子在体内对突触形成的作用，首先，邹益民实验组运用亚细胞组分分离的方法将出生后14天的小鼠前脑组织的突触后膜组分从突触结构中分离出来，然后检测了突触前膜和突触后膜已知的相关标志蛋白。他们发现Celsr3在突触后膜和突触前膜均有聚集而Vangl2主要位于突触后膜（图1）；然后，他们又运用免疫荧光染色的方法发现Celsr3和Vangl2存在共定位。这表明PCP信号分子在突触中，和在上皮细胞连接结构中相似，存在不对称分布，并且，Celsr3和Vangl2可能共同调节突触的形成。接下来，邹益民实验组通过对Celsr3的敲除小鼠的海马神经元进行体外培养，发现体外培养到第6天时Celsr3敲除神经元中兴奋性突触就已经出现了数量明显下降，VGLUT1标记区域面积也有明显下降，这意味Celsr3参与突触早期形成。在体外培养第14天时也观察到了相似的现象，所以Celsr3与突触的维持也有一定关系。

图1

　　之后，邹益民实验组运用条件性敲除小鼠在体内研究Celsr3对突触形成的作用。他们运用SLICK-A小鼠品系在小鼠出生后第7天在神经元中特异性的敲除Clesr3。敲除后的小鼠CA1神经元的兴奋性突触数量下降，mEPSC发放频率下降，mIPSC不受影响。随后，他们又运用Barnes迷宫和关联场景恐惧实验检测条件性敲除的小鼠是否存在海马相关行为学表型。Celsr3条件敲除后的小鼠有明显的空间记忆能力下降和学习能力的下降。邹益民实验组同时也观察了Vangl2条件性敲除小鼠的表型。Vangl2敲除后的神经元兴奋性突触数量明显上升，mEPSC发放频率上升，mIPSC没有明显变化。邹益民教授认为PCP信号分子对兴奋性突触的形成存在正反两种调控作用，其中Celsr3参与正向调控而Vangl参与负向调控。Celsr3会对Wnt5a基于谷氨酸能突触形成的负面调节产生应答，从而正向调控突触的形成。邹益民教授指出除了Celsr3和Vangle2信号分子外，PCP组分中的Prickle1和Prickle2也有可能跟神经系统发育有紧密的关系。之前的研究发现，有癫痫病和自闭症患者家族具有prickle1或prickle2遗传突变。 上述实验结果为PCP信号分子在突触形成和维持过程中发挥的重要作用提供了依据。

　　邹益民教授认为PCP信号分子很可能直接参与谷氨酸能突触的发育，他的实验室正在开展一系列的工作赖来探讨这个可能性。讲座最后，在场的老师和同学对课题后续实验等进行了深入的讨论，此次学术讲座在热烈的掌声中结束。

参考文献

1. Dilja D Krueger, Liam P Tuffy, Theofilos Papadopoulos and Nils Brose. The role of neurexins and neurologins in the formation, maturation, and function of vertebrate synapses. Current Opinion in Neurobiology, 2012, 22:412-422

2. Sonal Thakar et al. Evidence for opposing roles of Celsr3 and Vangl2 in glutamatergic synapse formation. Proc Natl Acad Sci. 2017 Jan 5