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智力障碍(intellectual disability,ID)属于神经发育障碍(neurodevelopmental disorder),是一种伴有明显神经系统损伤的慢性疾病。其主要临床特征为认知能力低下和社会适应功能存在缺陷。患者通常于成长发育期发病,发病率为全球人口的1%-3%。研究表明,智力障碍的病因复杂,主要可分为遗传性因素和非遗传性因素。遗传性智力障碍患者中,染色体亚端粒的拷贝数变异(copy number variations)约占总体的5%-10%。临床筛查时发现,病人 Sorbin and SH3 domain containing 2(Sorbs2)基因存在拷贝数变异,从而使该基因功能丧失。然而,目前对Sorbs2在神经系统中的生理功能却知之甚少。Sorbs2基因负责编码两种蛋白亚型,分别为Arg/c-Abl kinasebinding protein 2(ArgBP2)蛋白和neural AegBP2(nArgBP2)蛋白,其中ArgBP2主要分布于非神经组织,nArgBP2主要分布于大脑中。本课题的研究目的是探索Sors2编码的蛋白在神经系统中的生理功能,并以此为基础进一步研究其对神经突触发育和精神疾病的影响。本课题综合应用遗传学、形态学、电生理学以及行为学的方法,阐明了 nArgBP2蛋白在神经突触发育和结构维持、兴奋性突触传递功能中的作用,本课题还研究了nArgBP2蛋白与类智力障碍精神疾病行为之间的关系,为深入了解学习记忆以及类智力障碍精神疾病的致病机制打下了基础。本课题的研究结果主要包括以下几个方面。(1)Sobs2基因编码的nArgBP2蛋白在小鼠海马齿状回有特异性表达。我们首先合成了 nArgBP2特异性抗体,利用该抗体,我们发现nArgBP2在成年小鼠部分脑区有较高的表达,包括大脑皮层、杏仁核、海马和海马齿状回的分子层外层(outer molecular layer,OML)。此外,我们在体外培养的海马神经元上发现nArgBP2与F-actin共定位于树突棘突和树突生长椎。亚细胞定位实验表明nArgBP2蛋白位于兴奋性突触,说明nArgBP2蛋白可能在兴奋性突触的活动中起重要的作用。(2)成功构建了Sorbs2条件性基因敲除小鼠(conditional knock-out mice)。为了研究nArgBP2蛋白在神经系统中的功能,我们首先构建了Sorbs2条件性基因敲除小鼠,拥有这种基因链的小鼠称为flox小鼠。将Sorbs2-flox小鼠与可生殖遗传的Cre转基因工具鼠杂交繁殖获得Sorbs2基因敲除小鼠,并用PCR基因型鉴定和Western印迹法做了验证。Sorbs2基因敲除小鼠总体发育正常,大脑形态结构以及局部脑区例如皮层、海马齿状回分层结构正常。(3)Sobs2基因的缺失使海马齿状回颗粒细胞(granule cell)的树突分支复杂程度降低以及突触传递功能受损。为了研究nArgBP2蛋白是否影响海马神经元神经突起结构和神经突起的发育过程,我们利用腺相关病毒(adeno-associatedvirus,AAV)神经元标记技术,观察和分析了不同年龄小鼠的树突和棘突形态上的变化。Sholl分析结果显示,Sorbs2敲除小鼠的海马齿状回颗粒细胞的树突树分支复杂程度显著降低,说明Sorbs2基因在小鼠海马齿状回颗粒细胞树突树的发育过程和结构维持中起着重要的作用。此外,通过记录海马齿状回区域颗粒细胞的兴奋性突触后电位(excitatory post-synaptic current),我们对神经元突触传递功能和突触可塑性做了分析。结果显示,Sorbs2基因的缺失使由AMPA受体介导的微小兴奋性突触后的频率降低,提示了Sorbs2基因在突触传递功能中可能起到调节作用。(4)Sorbs2基因敲除小鼠表现出认知功能相关的行为学障碍。我们利用一系列行为学范式对Sorbs2基因敲除小鼠的行为学表型进行了分析,发现这些Sorbs2基因敲除动物出现惊跳反射(startleresponse)缺陷、物体识别长时记忆能力受损、情境性恐惧记忆受损等表型。这些结果显示了Sorbs 基因与类智力障碍行为之间存在着一定的联系。综上所述,我们的研究利用构建的Sorbs2基因敲除小鼠,首次证明Sorbs2基因编码的nArgBP2蛋白在中枢神经系统中参与调控神经元树突的发育。同时,本研究阐明了 nArgBP2在兴奋性突触传递功能中所起的重要作用,为深入理解Sorbs2基因在类智力障碍精神疾病中的作用及其致病机制提供了重要的线索。