神经突触是神经元传递信息的主要部位,大脑通过改变神经元突触的数目和连接形式来完成学习记忆。生物信号从突触前膜经突触间隙传递到突触后膜。突触前和突触后积聚了许多参与调控突触可塑性的蛋白信号分子,这些蛋白在突触部位有序、精准的组合对于高效的神经传递是极其关键的。在多种神经性疾病中,包括阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)、帕金森病(Parkinson’s disease,PD)、精神分裂症(Schizophrenia)、自闭症(Autism)等都存在着不同程度的突触功能的异常。因此,鉴定参与调控突触功能的新基因蛋白并揭示其作用机制,将有助于阐明神经系统疾病的致病机理和发现潜在的药物治疗靶点。PSD-93和PSD-95作为突触后膜上最重要最丰富的脚手架蛋白,主要存在于成熟的兴奋性谷氨酸能神经元突触后膜致密区,调控突触后膜受体的转运,维持突触正常功能。有研究表明PSD-95蛋白依赖E3泛素连接酶MDM2进行泛素化和蛋白酶体降解,但是相关具体分子机制尚不十分清楚。而PSD-95以及PSD-93的降解是否还受到其他因子的调控,有待于进一步阐明。在之前的研究中,我们鉴定出一个起源于核糖体蛋白S23 mRNA返座形成的RPS23RG1蛋白,RPS23RG1可以与腺苷酸环化酶相互作用,调节在阿尔茨海默病致病过程中发挥关键作用的Ap的产生及tau蛋白的磷酸化水平。在阿尔茨海默病的病人以及疾病模型小鼠中,RPS23RG1/Rps23rg1 mRNA水平都有不同程度地下降;相反,在阿尔茨海默病模型小鼠中过表达RPS23RG1蛋白可以保护突触缺失,改善认知功能。这些结果提示RPS23RG1参与了突触可塑性与认知功能,但其分子机制尚不清楚。因此,本文较为详细深入地研究了 RPS23RG1在神经突触和学习记忆中的功能机制。首先,我们观察到RPS23RG1广泛地表达于小鼠皮层、海马、小脑,并且在神经元和神经胶质细胞都有分布;同时发现RPS23RG1也集中分布在突触后膜,其模式类似于PSD-95的表达分布。此外发现在AD病人以及APP/PS1小鼠中,RPS23RG1的表达量都有显著下降。并且在APP/PS1小鼠中,PSD-93和PSD-95的表达水平也有明显降低。同时在AD病人中,RPS23RG1与PSD-93和PSD-95的蛋白水平具有显著的相关性。其次,我们利用TALEN基因编辑技术构建了Rps23rg1基因敲除(Knockout,KO)小鼠,发现Rps23rg1KO小鼠的体重、大脑神经元数目以及繁殖和基本运动能力与野生型小鼠(Wild type,WT相比并没有明显差异。但是通过新物体识别、水迷宫、条件惊恐等行为学实验分析,发现Rps23rg1KO小鼠学习记忆能力明显受损;通过电生理实验,观察到Rps23rg1KO小鼠突触传递功能受损;高尔基染色和免疫荧光实验显示Rps23rgl KO小鼠神经元突触发育异常;生化分析发现Rps23rg1 KO小鼠中PSD-93和PSD-95蛋白水平显著下调。进一步发现RPS23RG1的胞内段可以与PSD-93及PSD-95相互作用,且相互作用主要发生在人源RPS23RG1以及鼠源RPS23RG1胞内段共有的核心区域(TTLAH),表明RPS23RG1通过与MDM2竞争,从而调节PSD-93与PSD-95的泛素化和降解。RPS23RG1的缺失会导致更多的MDM2与PSD-93与PSD-95的结合,促进二者的泛素化和降解增多,而过表达RPS23RG1则导致相反的结果。另外,将过表达PSD-93与PSD-95的病毒颗粒注射到PO新生Rps23rg1KO小鼠侧脑室,2个月后进行相关实验分析。结果显示过表达PSD-93与PSD-95可以很好地补救Rps23rg1KO小鼠突触和学习记忆受损的表型,证明PSD-93与PSD-95水平的降低是导致Rps23rg1KO小鼠出现突触与学习记忆损伤的主要因素。最后,为了更好地开发有助于AD治疗的药物,我们人工合成了人源RPS23RG1胞内段的19个氨基酸的短肽,在Rps23rg1KO小鼠以及APP/PS1小鼠中腹腔注射进行补救实验。发现通过腹腔注射的短肽可以透过血脑屏障进入鼠脑,并且可以与PSD-93和PSD-95发生免疫共沉淀。随后,通过行为学和电生理等实验证实了人源RPS23RG1胞内段的短肽不仅可以挽救Rps23rg1 KO小鼠的学习记忆和突触功能障碍,而且可以缓解APP/PS1小鼠学习记忆和突触功能的损害。在生化水平上也发现短肽治疗后PSD-93和PSD-95泛素化水平有明显地下调,而蛋白水平显著回升。综上所述,我们的研究不仅揭示了 RPS23RG1是通过调节PSD-93和PSD-95的泛素化降解,参与调控神经突触功能,而且发现人源RPS23RG1的细胞内片段能够改善Rps23rg1 KO小鼠和APP/PS1小鼠的疾病症状,为AD的治疗提供了新的潜在靶点和药物。