Role of the Rac1-GEF Tiam1 in Synaptic Plasticity and Hippocampal-Dependent Learning and Memory

Rac1-GEF Tiam1 在突触可塑性和海马依赖性学习和记忆中的作用

基本信息

  • 批准号:
    10403424
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.68万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-05-17 至 2024-05-16
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Our ability to learn and form memories relies on the precise and dynamic regulation of excitatory synapses. The dysfunction of these specialized connections is strongly implicated as a causal factor of cognitive decline. Recent findings strongly suggest a connection between the gradual impairment of hippocampal synaptic plasticity and the cognitive decline that accompanies aging and the progression of neurodegenerative diseases. Thus, it is imperative to further elucidate the mechanisms of hippocampal synaptic plasticity to better understand learning and memory and to develop effective approaches to treat memory decline. Excitatory synapses are primarily located on actin-rich protrusions of neuronal dendrites known as dendritic spines. We previously established the Rac1-specific guanine nucleotide exchange factor (GEF) Tiam1 as an important regulator of spine morphogenesis that couple’s NMDA-type glutamate receptor (NMDAR) activity to Rac1 signaling in cultured hippocampal neurons. In both the human and rodent brains, Tiam1 is enriched in the dentate gyrus (DG) subregion of the hippocampus throughout life. However, its functional role in the mammalian brain, particularly in adults, is unclear. Our recent preliminary data suggests that Tiam1 plays an ongoing role in regulating synaptic plasticity within the DG. We found that the deletion of Tiam1 from excitatory neurons in the adult mouse forebrain enhanced NMDAR-mediated currents in DG granule neurons and synaptic plasticity in the DG. Surprisingly, Tiam1 null mice also demonstrated enhanced performance in hippocampal-dependent learning and memory. Based on our preliminary findings, we propose that the Rac1-GEF Tiam1 may serve as an ideal molecular tool for exploring the mechanisms responsible for maintaining proper synaptic plasticity within the hippocampus as well as a potential therapeutic target for the treatment of disorders involving memory impairments. Using cutting- edge techniques that include high-resolution microscopy, viral-mediated activity-dependent neuronal labeling, molecular and cellular biology, electrophysiology, and behavioral analyses, we propose to determine the role of Tiam1 in the control of proper synaptic plasticity and cognitive function in the adult brain. Specifically, we propose to (1) elucidate the mechanisms by which Tiam1 restricts synaptic plasticity and (2) determine Tiam1’s role in hippocampal-dependent learning and memory. The goals of the proposed study are to reveal key molecular and cellular mechanisms that limit hippocampal plasticity and learning and memory in the adult brain and help to identify new therapeutic targets to enhance cognitive function.
项目摘要 我们学习和形成记忆的能力取决于兴奋性突触的精确和动态调节。这 这些专业连接的功能障碍强烈牵涉到认知下降的因素。最近的 发现强烈表明海马突触可塑性的坡度障碍与 涉及衰老和神经退行性疾病进展的认知下降。那是 必须进一步阐明海马突触可塑性的机制以更好地了解学习 和记忆并开发有效的方法来治疗记忆下降。兴奋性突触是主要的 位于富含肌动蛋白的神经元树突的突出,称为树突状刺。我们以前建立了 Rac1特异性鸟嘌呤核丁基交换因子(GEF)TIAM1作为脊柱的重要调节剂 夫妇的NMDA型谷氨酸受体(NMDAR)活性在培养的Rac1信号传导中的形态发生 海马神经元。在人类和啮齿动物的大脑中,Tiam1富集在齿状回(DG)中 海马一生的海马区域。但是,它在哺乳动物大脑中的功能作用,特别是 在成年人中,尚不清楚。我们最近的初步数据表明TIAM1在调节突触中起着持续的作用 DG内的可塑性。我们发现成年小鼠前脑中兴奋性神经元的TIAM1删除 DG颗粒神经元中的NMDAR介导的电流增强了DG中的突触可塑性。出奇, TIAM1 NULL小鼠还显示出海马依赖性学习和记忆的增强性能。 根据我们的初步发现,我们建议Rac1-GEF TIAM1可以用作理想的分子工具 用于探索负责在海马内维持适当突触可塑性的机制 这是治疗涉及记忆障碍的疾病的潜在治疗靶点。使用加油 边缘技术包括高分辨率显微镜,病毒介导的活性依赖性神经元标记, 分子和细胞生物学,电生理学和行为分析,我们建议确定 TIAM1控制成人大脑中适当的突触可塑性和认知功能。具体来说,我们建议 (1)阐明TIAM1限制突触可塑性的机制,(2)确定TIAM1在 海马依赖的学习和记忆。拟议研究的目标是揭示关键分子和 限制了成人大脑中海马可塑性以及学习和记忆的细胞机制,并有助于 确定新的治疗靶标以增强认知功能。

项目成果

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