突触可塑性对大脑的感知、学习和决策等功能至关重要。大多数形式的突触可塑性是由细胞内Ca²⁺浓度的增加引起,进而触发下游的信号通路,包括基因转录、局部蛋白质的合成以及一些急性反应,如受体的转运和蛋白的磷酸化等。钙调蛋白（CaM）作为一个普遍存在的Ca²⁺感受器,其与Ca²⁺结合比其他Ca²⁺结合蛋白更快,在突触可塑性中起着非常重要的作用。长时程增强（Long-term potentiation,LTP）过程,Ca²⁺/CaM/CaMKIIα信号通路的激活,对LTP的形成起着重要作用,这其中主要依赖蛋白激酶的磷酸化。除了翻译后的磷酸化修饰,其它类型的翻译后修饰（Posttranslational modification,PTM）同样对蛋白质有着即时调控的作用,如乙酰化、泛素化、类泛素化等。目前虽对CaM结构和功能研究比较透彻,但对CaM的翻译后修饰以及修饰后的功能还需深入研究。近年来蛋白质的乙酰化修饰经常会被提及。其中赖氨酸的乙酰化,是一个主要通过乙酰化转移酶（Lysine acetyltransferase,KAT）将乙酰化辅酶A（Ac-Co A）上的乙酰基团转移至赖氨酸ε氨基位点的过程。目前研究显示,KATs能够使组蛋白的多个赖氨酸发生乙酰化,中和组蛋白赖氨酸所带的正电荷;使组蛋白和带负电的DNA结合变弱,引起染色质结构的松散,从而有利于转录的发生;这一过程能够促进晚期LTP的形成和学习记忆能力。而对于核外突触蛋白的乙酰化在突触可塑性中的功能报道较少,CaM的乙酰化是否参与突触可塑性尚未有报道。本论文通过采用质谱分析、生化实验、电生理实验、行为学检测等手段探究突触蛋白的乙酰化以及乙酰化转移酶在突触可塑性和学习记忆中的功能。我们主要得到了以下结果:一、为了探究突触蛋白乙酰化在突触可塑性中的作用,我们首先用亲和质谱的方法鉴定哪些突触蛋白可以发生乙酰化。课题组前期的质谱分析显示,钙调蛋白（CaM）就有3个乙酰化位点（K22、95、116）,在所有突触蛋白中拥有最多的乙酰化Hits。于是,我们选择CaM这一普遍存在的Ca²⁺感受器作为研究对象。通过制备K22、K95、K116位点特异性抗体,发现LTP过程中这三个位点的乙酰化水平明显增高。二、为了探究CaM乙酰化在突触可塑性中的作用,我们制备了基因突变的3KR-Cam1敲入小鼠。3KR/3KR小鼠的场电位记录显示了其LTP的受损;同样,WT小鼠海马中过表达3KR-CaM,也有LTP受损。说明CaM的乙酰化对LTP形成是非常重要的。三、为了探究SRC3和CaM之间是否存在相互作用,我们采用GST-pull down以及体外乙酰化实验,证实了SRC3的KAT domain能够结合CaM并乙酰化,且这一过程是NMDA受体及Ca²⁺依赖的。四、为了研究SRC3在突触可塑性中作用,我们通过基因敲减Src3以及急性药理学方式抑制SRC3来探究其LTP的变化。敲除或抑制SRC3均导致LTP受损。向Src3^+/-小鼠海马中注射AAV-Src3-KAT能够挽救Src3^+/-小鼠LTP的损伤,进一步证实了SRC3的KAT活性在LTP的重要性。模拟乙酰化的CaM（3KQ-CaM）能挽救被SRC3抑制剂（SI-2）引起的LTP受损,说明了SRC3对CaM的乙酰化在突触可塑性中的重要作用。五、为了探究SRC3和CaM乙酰化在学习记忆中的功能,我们探究了海马依赖的场景恐惧记忆能力。相对于各自同窝的对照小鼠,Src3^+/-和3KR-Cam1/+小鼠在场景恐惧学习能力的受损。小鼠侧脑室注射SI-2也同样看到了场景恐惧记忆的损伤;而向海马CA1脑区注射AAV-3KQ-Cam1能挽救被SI-2抑制的场景恐惧记忆。这些结果有进一步说明了SRC3对CaM的乙酰化在场景恐惧学习中的重要作用。六、为了进一步阐明乙酰化CaM的功能机制,我们分析了CaM与其下游重要分子CaMKIIα之间的相互作用。体外免疫共沉淀实验中显示,乙酰化CaM（Ac-3K-CaM）可以增强与CaMKIIα的相互作用。此外,在体外Ac-3K-CaM比WT-CaM更能激活CaMKIIα。而在4μM Ca²⁺浓度情况下,仅Ac-3K-CaM能够激活CaMKIIα。这可能提示了乙酰化CaM在生理Ca²⁺浓度下有着重要作用。上述结果阐明了SRC3介导的CaM乙酰化在突触可塑性和学习记忆中的重要作用。本论文的研究首次揭露CaM的乙酰化以及乙酰化转移酶SRC3参与调节了突触可塑性过程;这一过程是不依赖核内表观遗传学基因转录的,是在突触部位即时的、动态的、可逆的新功能或新作用。我们的研究提示了突触蛋白乙酰化在突触可塑性中与激酶瞬时调控相似的重要性,为研究非组蛋白乙酰化在神经活动中的功能和调控方式打下了基础。而CaM作为一个在Ca²⁺信号中重要分子,其在全身各个组织中均有所表达,本文对CaM的乙酰化在突触可塑性中的功能,也为今后研究CaM在其它Ca²⁺信号中（平滑肌、骨骼肌的收缩等）的作用提供了可能机制。