2016年8月16日,國際知名生物學雜志Cell Reports以封面文章(cover story)形式發表“發育與疾病相關基因”教育部重點實驗室陸巍課題組的研究工作(Distinct roles of PKCι/λ and PKMζ in initiation and maintenance of hippocampal LTP and memory),第一作者為博士研究生王韶莉與盛濤。
腦科學的一個重要科學問題是找到記憶長期存儲的分子基礎。2006年紐約州立大學的Todd Sacktor實驗室發現一個非典型PKC的亞型PKMζ對記憶長期存儲起關鍵作用。如果用其阻斷劑ZIP抑制該激酶活性,海馬相關LTP不能維持,已經獲得的記憶也被抹除。該工作發表在Science,也被Science評為當年十大科學突破。但近年來這項工作逐漸受到質疑,主要來自兩方面:其一,在以往研究中廣泛應用的PKMζ 阻斷劑ZIP的特異性受到質疑,其次,更為重要的是,2013年同一期Nature發表了來自來個獨立實驗室的工作發現PKMζ 敲除的小鼠未見學習記憶的異常表型,提示PKMζ對學習記憶并不重要。這兩篇文章發表後領域内對PKMζ的作用存在廣泛質疑。由于ZIP從理論上講也能阻斷PKCι/λ,所以不少人把目光轉向PKCι/λ,認為有可能PKCι/λ是真正發揮關鍵作用的分子。幾乎在這兩篇文章發表的同時,陸巍課題組剛好發現PKCι/λ在學習記憶的細胞模型LTP早期表達階段起關鍵作用,通過p62的橋接作用與AMPA受體的GluA1亞單位形成三聯複合物,直接磷酸化GluA1胞内段S818位點,促進AMPA受體在LTP早期表達階段上膜(EMBO J 2013)。加州大學的Matt Hell同期雜志專門寫了對該文的評述,認為PKCι/λ可能是拯救PKMζ 在學習記憶中作用的真正分子。所以,很有必要進一步了解到底這兩個分子在學習記憶中有沒有作用,如有作用那麼分别起什麼作用。
由于敲除動物存在的可能代償現象,該課題組選擇在海馬背側分别敲減這兩個分子。令人意外的是,敲減PKCι/λ或 PKMζ後海馬LTP及海馬相關學習記憶均受影響,但受影響的階段分别為早期表達/鞏固階段與後期維持,提示這兩個分子在海馬LTP及學習記憶中均有作用,但作用的階段不同。拯救實驗可以使這些異常翻轉。為了進一步确定兩個分子作用的具體階段,采用先訓練動物形成記憶然後再分别敲減這兩個分子的方法,發現僅僅在敲減PKMζ後動物記憶的維持才受到影響,進一步證實這兩個分子先後發揮作用。來自生化實驗結果發現這兩個分子先後在海馬LTP及學習記憶早期表達/鞏固階段與後期維持增加,進一步支持PKCι/λ和PKMζ在LTP與學習記憶的不同階段發揮作用。
該課題得到國家自然科學基金、973項目基金資助。