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1、《生物工程进展》2001,Vol.21,No.2CaMKⅡ在学习和记忆中的作用唐开福张银辉袁建刚(中国医学科学院基础医学研究所中国协和医科大学基础医学研究院医学分子生物学国家重点实验室北京100005)++摘要CaMKⅡ是突触后致密物(PSD)的主要成分,在CaPCaM作用下自身磷酸化激活后能较长++时间保持不依赖Ca的激酶活性。CaMKⅡ突变小鼠学习记忆能力严重受损并且不能诱导长时程增加(LTP);小鼠学习训练后或者诱导LTP后,CaMKⅡ活性增加,因此,CaMKⅡ可能是学习和记忆的分子基础。关键词CaMKⅡ
2、学习和记忆长时程增加早在上世纪末,著名的神经生物学家Cajal提出Bach等用转基因方法得到CaMKⅡ2Asp2286突++“学习可能与神经元之间新突触形成有关”,同时,变小鼠,CaMKⅡ2Asp2286具有不依赖于CaPCaMTanzi也指出“突触部位的经常使用类似于肌肉锻炼的组成性激酶活性。水迷宫训练后,小鼠空间学习那样可能引起生长作用,从而使连接部位的功能得能力受损,但是其他依赖海马的学习能力,如恐惧条[6]到加强”。1971年,Giacobini提出了突触可塑性学件记忆(fearconditioning
3、memory)不受损。说,认为突触不是静止的、固定的结构,甚至在发育1971年,O′Keefe和Dostrovshy发现了海马部位成熟的神经系统内,突触都能发生适应性变化。后有“PlaceCell”,即当动物处在不同位置时,海马部位来大量实验证明:在学习和记忆过程中,脑内突触的不同的锥体细胞群放电。当动物移动位置时,原来结构和数量都有变化。例如:Greenough等发现,迷放电的细胞停止放电,一些未放电的细胞开始放电。宫训练后,成年大鼠枕部皮层椎状细胞上有更多的当动物进入新的环境几分种,新的位置细胞立即形[1]
4、突触生成。于是,人们推测:突触是记忆的贮存部成,并且稳定存在几周至几月。为了研究PlaceCell位。关于记忆的分子机制,Lisman提出假设:突触部与空间学习记忆的关系,Rotenberg等用转基因方法位有一群激酶分子,在学习时通过磷酸化而被激活,得CaMKⅡ2Asp2286突变小鼠,该小鼠PlaceCell数活化的激酶分子再催化自身磷酸化,从而使激酶分量减少,放电细胞群形成的图谱不如野生型小鼠清[2][7]子在学习结束后很久仍能保持活化状态。后来发晰,PlaceCell一旦形成,稳定存在的时间减少。++现,
5、CaMKⅡ具有这一特性,即Ca内流引起CaMK以上实验结果表明,CaMKⅡ可能参与空间学习和记Ⅱ磷酸化而被激活,活化的CaMKⅡ自身磷酸化,因忆过程。++此,即使脑内Ca下降后CaMKⅡ仍能保持活化状Gordon等的结果更有意义,他们敲出小鼠α2[3,4]态。于是,人们推测CaMKⅡ可能是记忆的分子CaMKⅡ,发现小鼠视神经可塑性降低,空间学习能[8]基础。力受损。根据这一结果,我们可以设想:视觉传入可能在空间学习和记忆中起重要作用。但是,视觉1CaMKⅡ与学习和记忆冲动如何活化CaMKⅡ,详细机制还需进一步研
6、究。111CaMKⅡ是空间学习和记忆的分子基础112CaMKⅡ在其他类型的学习和记忆中的作用CaMKⅡα亚基是神经系统特异表达的蛋白,并CaMKⅡ是否只与空间记忆有关?Mayford等用且具有发育阶段特异性,即只在生后表达,尤其高表前脑特异启动子和四环素转录激活系统来调节转基达于海马和大脑皮层的突触后致密物(PSD)中,而因CaMKⅡ2Asp2286表达,他们发现:在海马表达海马和大脑皮层是空间学习的结构基础。Sliva等CaMKⅡ2Asp2286,小鼠空间学习能力受损,抑制该部选择性敲除CaMKⅡα亚基,结果
7、发现,小鼠空间学位CaMKⅡ2Asp2286表达,小鼠空间学习能力恢复;[5]习能力大大降低,但非空间学习能力不受影响。在杏仁核和纹状体表达CaMKⅡ2Asp2286,小鼠空间50©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net学习能力不受损,但是恐惧条件记忆(fearcondition2突触效能增加,主要表现在四个方面:群体峰电位幅ingmemory)减退;抑制CaMKⅡ2
8、Asp2286表达,仍然值增大,潜伏期缩短,以及群体兴奋性突触后电位幅[9]可以恢复恐惧条件记忆.因此,CaMKⅡ通过不同值和斜率增大等,这种突触效能增强最长可以持续的信号转导通路和不同的大脑部位参与不同的学习1h23d。他们把这一现象称为long2lastingpotentiation记忆过程。(LTP)。后来,这一现象给予了不同命名,目前普遍Griffith等的实验证明CaMKⅡ可
