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2024年10月28日下午，受北大-清华生命科学联合中心陈良怡研究员邀请，法国科学研究中心（CNRS）研究主任、法国波尔多大学（University of Bordeaux）教授Francoise Coussen在北京大学生命科学学院的邓祐才报告厅带来一场题为“How synaptic plasticity regulates Intracellular Transport of AMPAR”的精彩报告。

陈良怡研究员介绍Francoise Coussen教授

Daniel Choquet教授做报告与交流

谷氨酸是中枢神经系统中一种重要的兴奋性神经递质，而AMPA型谷氨酸受体（AMPAR）是由谷氨酸激活的离子型四聚体受体，能够介导快速的兴奋性突触传递。而AMPAR数量的变化是多种突触可塑性的基础，对于理解大脑信息处理和记忆机制十分重要。而AMPAR数量的变化在突触中受多种运输途径的共同调控，包括胞内运输、胞吐、横向扩散、胞吞循环等重要通路，如图一所示。同时，研究发现突触可塑性中长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）会影响AMPAR的突触定位，也即通过调节AMPAR的数量和分布来改变突出强度，如图二所示。而本次报告中Francoise Coussen教授分享的重点则关注在突触可塑性与AMPAR的胞内运输过程的关系。

Francoise Coussen教授的团队将生化工具与光子实时成像相结合，并利用该方法控制并跟踪了标记的GluA1受体（AMPAR的其中一种亚基）在培养的大鼠海马神经元及器官型海马切片中的胞内运输，并对GluA1野生型和GluA1 C末端结构域突变体在常态条件下和化学性长时程增强（cLTP）状态下进行了深入分析。

他们的研究结果表明，AMPAR的定位受其C末端结构域与不同胞内伙伴蛋白相互作用的胞内运输调控。这些相互作用无论在常态条件还是cLTP中，对胞吐以及受体在质膜上的定位都发挥着重要的作用。

这一发现对理解突触可塑性、学习及记忆形成具有重要意义。未来的研究可能将进一步揭示突触可塑性与AMPAR各运输途径间的关系，或许也将进一步揭示AMPAR在神经系统疾病中的作用，并为治疗突触功能障碍提供新的策略。

图一，突触中的 AMPAR 数量受多种路径共同调控

图二，突触可塑性对AMPAR定位的影响

一、AMPAR的研究方法

Francoise Coussen教授首先向我们介绍了有关AMPAR的背景知识，包括AMPAR的蛋白结构、突触内的不同运输通路、突触可塑性对AMPAR定位的影响以及之前报道过的马达蛋白如何与AMPAR互作介导胞内运输等。

随后，Francoise教授便向我们介绍了其研究AMPAR胞内运输的研究方法。图三展示了AMPAR的完整运输过程，包括：在内质网中合成和组装；在高尔基体中加工；高尔基体后的囊泡运输；胞吐作用；膜扩散以及内化和循环利用。

图三，AMPAR完整运输过程示意图及成像图

而图四和图五揭示了AMPAR从内质网到高尔基体再到膜的加工过程以及如何利用分子生化的方式实现AMPAR的定位与追踪。AMPAR在内质网中的结构域由五个部分组成：N端信号序列、条件性聚集结构域、Furin位点、标签位点以及C端跨膜蛋白GluA亚基。在配体AP21998以及Furin蛋白酶的作用下，最终只有C端GluA亚基及标签位点会运输到膜上。而研究团队利用GFP-A1进行转染表达，再利用配体进行诱导，并最终使用anti-GFP和anti-FKB实现膜内外的荧光成像。

图四，AMPAR从内质网到高尔基体再到膜的加工过程

图五，利用免疫荧光实现AMPAR膜内外的成像

此外，Francoise教授还向我们介绍了如何利用Image J的Kymo工具集完成对成像数据的分析，如图六所示，包括创建数据库；生成PPT演示；分析囊泡流动；时间投影；识别囊泡"路径" ；生成总体kymograph ；识别囊泡轨迹；分析kymographs和导出数据到Excel的9个步骤。

图六，利用Image J的Kymo工具集完成数据分析

二、AMPAR在正常条件下的胞内运输

Francoise教授的团队首先在培养的大鼠海马神经元中对GluA1的胞内运输进行定量分析，如图七所示，主要分析了平均囊泡密度、各状态时间百分比（OUT/IN/Pause）、平均速度和速度频率分布四个参数。结果表明向内或向外的平均运输速度相当，在1.5 μm/秒 (±0.4) ；每个视频约有10个囊泡；囊泡略偏向于沿顺向运输；囊泡约1/3时间处于静止状态。

图七，培养的大鼠海马神经元中对GluA1的胞内运输进行定量分析

此外，研究团队还进一步在海马切片上进行了分析，并同海马神经元的结果进行了比较，如图八所示，数据显示：切片中的运输速度比培养细胞更快且切片中的暂停时间比培养细胞更短，并在在近端和远端树突中都能观察到这种差异。

图八，海马切片与海马神经元中GluA1胞内运输的对比

三、AMPAR在LTP条件下的胞内运输

如图九时间轴所示，Francoise教授团队结合钙成像技术开始针对LTP进行研究，他们发现AMPAR细胞内转运在突触活动过程中受到高度调节。在LTP的不同阶段，运输的不同参数会发生具体变化。

图九，钙成像示意图与LTP不同时间段的实验方法

图十，LTP不同时间段的结果示意图

在化学LTP诱导的过程中，囊泡减慢并停止；在诱导后，新的受体将被插入质膜且新受体的转运在数量和速度上都会增加；而在更长时间后，磷酸化形式的GluA1将被送到树突的尖端，在那里它被胞吐出去。

四、AMPAR胞内转运的调节

最后，Francoise教授的研究团队针对AMPAR的C端结构域同胞质内其他蛋白的相互作用开展研究，发现这些相互作用将影响正常状态及LTP条件下胞内运输的不同阶段。如图十一所示，Francoise教授为我们总结了不同蛋白与胞内运输活动的关系。可以看出两种状态下在内质网和高尔基体的运输以及胞内传递两个过程中发挥作用的蛋白有所不同，前者主要是SAP97和γ8为主导，也有少量4.1N参与，而后者主要以4.1N和SAP97作主导。

图十一，AMPAR的C端结构域同胞质内其他蛋白的相互作用调节其胞内转运