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亚硝基化谷光甘肽还原酶GSNOR(S-nitrosoglutathione reductase)是调控蛋白质巯基亚硝基化修饰的关键蛋白，研究表明其在心血管和免疫系统的正常功能及肿瘤发生中起重要作用，但其在神经系统中的功能未知。我们初步研究发现在PC12细胞分化过程中GSNOR的表达明显升高，并能调控PC12细胞的分化。本论文在此基础上研究GSNOR转录调控的分子机制以及调控PC12细胞分化的效应机制。并通过构建脑组织特异高表达GSNOR的转基因小鼠模型，研究GSNOR在神经系统的生理功能。主要取得了如下结果:
一、GSNOR的转录调控机制:以神经生长因子(nerve growth factor，NGF)诱导PC12细胞分化为模型，发现NGF能在蛋白和mRNA水平上调GSNOR。GSNOR启动子区域的NF-κB结合位点响应NGF的诱导，而突变该位点消除了GSNOR对NGF的响应。进一步的凝胶迁移试验和染色质免疫共沉淀实验，证明该位点结合的是NF-κB的p65亚基。在NGF诱导下，p65与GSNOR启动子结合增多进而促进转录。NF-κB的抑制剂PDTC能够有效的抑制这种效应。本工作第一次揭示了NGF作用下GSNOR的转录调控机制。
二、GSNOR调控分化的效应机制:为研究GSNOR在PC12细胞分化过程中升高的效应和机制，我们通过在PC12细胞中过表达和干扰GSNOR，发现过表达GSNOR抑制PC12细胞的突触生长，RNA干扰GSNOR促进PC12细胞的突触生长，而过表达GSNOR的酶活突变体对PC12的突触生长没有影响。这些结果表明GSNOR是一个突触生长的负调控因子，而其调控作用依赖于GSNO还原酶活性。因此，我们进一步检测了GSNOR对细胞整体亚硝基化水平的影响，发现过表达GSNOR能够显著下调HDAC2(histone deacetylase 2)的亚硝基化修饰。而文献报道HDAC2的亚硝基化能够促进神经细胞分化。因此，GSNOR可能通过降低HDAC2的蛋白质亚硝基化从而抑制细胞分化。
三、GSNOR在神经系统的生理功能:为了进一步阐明GSNOR在神经系统中的生理功能，我们构建了在神经细胞中特异表达GSNOR的转基因小鼠。利用水迷路、水迷宫和恐惧箱等行为学实验检测了转基因小鼠的学习记忆，发现转基因雌性小鼠在水迷路和水迷宫实验中表现出空间学习记忆缺陷，而在恐惧记忆中，表现出海马依赖的contextual conditioning记忆缺陷，而与杏仁核相关的tone conditioning记忆不受影响。以上研究表明:GSNOR在学习记忆中发挥重要作用。由于神经突触生长是学习记忆功能的细胞基础;而我们前面的研究表明GSNOR能够抑制PC12细胞突触的生长，因此，GSNOR转基因小鼠学习记忆缺陷可能与突触生长有关，相关研究正在进行中。
本论文通过以上关于GSNOR转录调控机制及效应机制研究，确定了NGF-GSNOR-NF-κB的转录调控机制，发现GSNOR是一个新的分化和突触生长的负调控因子，GSNOR在学习记忆中起重要作用。研究结果为分化和学习记忆相关生理病理过程及NF-κB相关信号通路提供了新的机制。