兴奋抑制平衡对神经环路可塑性及行为学的研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31271176
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0904.感觉与运动系统神经生物学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

It is hypothesized that balance of excitation to inhibition (E/I balance) regulates the activity of neural circuit and the synaptic output, which are important to the social behavior. However, there is insufficient experimental evidence to support this hypothesis. Clinically, we have yet to find an effective treatment to improve the social interaction ability of these patients. Despite of the differences in genetic causes, Schizophrenia and Autism spectrum disorders share similar psychological symptoms, such as the deficit in social interaction. We took advantage of Xenopus system, which is transparent, to test the neural circuit function from molecular, cellular to behavior level. Our previous research demonstrated that decrease of GABAA receptor-mediated synaptic transmission enlarges dendritic arbor structure, increases spontaneous activity, enlarges spatial-temporal receptive field, decreases temporal precision and affects visually-guided avoidance behavior in Xenopus Laevis. Our results show that expression of a peptide (ICL) corresponding to γ2 subunit of GABAA receptors, inhibit GABAergic synaptic transmission without inducing seizure-like activity by antagonists. Glutamatergic synaptic transmission can be decreased by GluR1ct or GluR2ct in a cell-autonomous manner. However, it remains unknown what moleculars and signaling pathways are involved in the visual information processing and avoidance behavior following the imbalance of excitation to inhibition. Furthermore, it is important to understand how to rescue the deficit in avoidance behavior caused by imbalance of excitation to inhibition by interfering of GABAergic or glutamatergic synaptic transmission. We propose to apply electrophysiology and proteomics to elucidate the mechanism underlying the role of E/I balance in neural circuit information processing and visually-guided avoidance behavior. We will combine the method of CLICK-IT Chemistry and Mass spectrometry to screen for the proteins that are involved in experience-dependent synaptic plasticity and avoidance behavior in vivo. In particular, this project will focus on two important moleculars, calcium/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) and cytosolic polyadenylation element binding protein CPEB1. We will test the role of these two moleculars in experience-dependent improvement of avoidance behavior and the electrophysiological effects on neural circuit plasticity. We will try to understand the signaling pathways related to these two signaling moleculars and demonstrate the mechanism of their fundamental interactions. This project will provide a clue for the treatment of Schizophrenia and Autism spectrum disorders.
兴奋抑制平衡对中枢神经系统的信息处理和行为表现起着重要的调控作用。我们的前期研究中发现,短肽(ICL)部分阻断GABAA受体的突触输入后,影响了爪蟾视顶盖神经元树突发育、动作电位发放、时间精度、时空感受野和视觉逃避指数。但是,兴奋抑制平衡调控的下游靶分子却不是很清楚。我们的初步研究结果发现,爪蟾的行为可塑性伴随视顶盖新合成蛋白的变化。我们推测,兴奋抑制平衡的改变可能调节新合成蛋白的产生。本项目拟采用细胞生物学、电生理学和蛋白组等技术,通过改变兴奋或抑制水平,从分子、环路和行为三个层次,筛选行为可塑性依赖的新合成蛋白,并研究其表达变化对神经元功能和行为可塑性的影响。本课题将重点研究钙调蛋白激酶(CaMKII)和细胞质聚腺苷酸化元件结合蛋白(CPEB1)在视觉中枢信息处理和可塑性调节中的机制,为精神分裂症和自闭症等与兴奋抑制平衡相关的疾病机制研究提供新的思路。

结项摘要

大脑神经环路要完成正常的生长发育和功能,必需要在一个稳定的内环境下进行。兴奋抑制平衡对中枢神经系统的信息处理起着重要的调控作用,一些神经系统疾病,如精神分裂症和自闭症,具有相同的兴奋抑制平衡失调现象,但是哪些分子信号通路参与了视觉中枢的信息处理、可塑性调节以及行为的影响并不十分清楚。.本项目使用非洲爪蟾作为模式动物,自行设计并搭建了爪蟾行为学测定装置,优化了视觉刺激条件,证明了爪蟾的视觉逃避行为具有可塑性。使用对二甲苯验证了行为学测试参数和科学统计方法,完善和扩展了行为学研究的动物模型。通过改变视顶盖大脑经验依赖的可塑性变化,利用点击化学(Click-IT chemistry)和质谱测序联用技术,筛选出了一批参与经验依赖的新合成蛋白组份,利用蛋白电泳技术证实了几种新合成蛋白是受经验依赖调控的,包括组蛋白去乙化酶(HDAC3)和β-链蛋白(β-catenin)等。研究了这些新合成蛋白成份在神经环路构建和行为可塑性过程中的作用及机制。我们重点研究了组蛋白去乙化酶家族成员:组蛋白去乙化酶1和3(HDAC1和HDAC3)在兴奋抑制平衡对爪蟾视顶盖神经环路可塑性调节和行为可塑性变化过程中的机制。揭示了兴奋抑制平衡参与了爪蟾的行为可塑性变化调控,阐明了HDAC1和HDAC3参与了视觉经验依赖的神经前体细胞:放射状胶质细胞(Radial glial cells, RGs)的增殖调控。揭示了HDAC1对兴奋性和抑制性突触传递的调节,对神经元结构可塑性和行为可塑性调控的作用和分子机制。迄今为止,本项目在国内外期刊发表8篇论文,其中包括SCI收录5篇,国内核心期刊3篇;国际和国内学术会议12人次。.本项目使用的点击化学和质谱联用技术,为筛选在体新合成蛋白提供了新的解决途径,并很大程度上提高了检测新合成蛋白的灵敏度,具有潜在的应用价值。对前体细胞增殖的机制研究,有助于人们进一步理解放射状胶质细胞在神经发育早期的增殖调节机制和对神经环路构建的重要作用,开拓了HDAC1作用的研究深度,为表面遗传机制研究提供了新的思路。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(0)
组蛋白去乙酰化酶在突触可塑性及神经退行性疾病中的作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    生命科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    阮杭泽;郭霞;祁羡杰;沈万华
  • 通讯作者:
    沈万华
HDAC3 But not HDAC2 Mediates Visual Experience-Dependent Radial Glia Proliferation in the Developing Xenopus Tectum.
HDAC3 但不是 HDAC2 介导发育中的非洲爪蟾顶盖中视觉体验依赖性放射状胶质细胞增殖。
  • DOI:
    10.3389/fncel.2016.00221
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Frontiers in cellular neuroscience
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Gao J;Ruan H;Qi X;Tao Y;Guo X;Shen W
  • 通讯作者:
    Shen W
点击化学在神经可塑性研究中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    生命科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    阮杭泽;高娟妹;郭霞;沈万华
  • 通讯作者:
    沈万华

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其他文献

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沈万华的其他基金

I类组蛋白去乙酰化酶调节中枢神经环路构建、功能以及可塑性的机制研究
  • 批准号:
    31871041
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    59.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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