Shank1、Shank2和Shank3是位于興奮性突觸的突觸后密度(PSD)處的支架蛋白,它們直接或間接地與支架蛋白和信號蛋白相互作用,以調(diào)節(jié)突觸的發(fā)育、結(jié)構(gòu)和功能。與SHANK1相比,當(dāng)SHANK3和SHANK2基因存在突變時,觀察到更高頻率的認知障礙。盡管目前在確定導(dǎo)致ASD樣行為改變的大腦區(qū)域方面取得了重大進展,但引起ASD特定表型的解剖學(xué)機制仍不清楚。
2022年9月13日,德國烏爾姆大學(xué)解剖學(xué)和細胞生物學(xué)研究所Tobias M. Boeckers課題組在Molecular Psychiatry發(fā)表了題為Shank2/3 double knockout-based screening of cortical subregions links the retrosplenial area to the loss of social memory in autism spectrum disorders的研究論文,揭示了壓后皮質(zhì)在ASD患者社會記憶喪失中的重要作用。
首先,課題組將Shank2Δ7?/?與Shank3Δ11?/?單KO模型小鼠雜交,建立了Shank2-Shank3雙敲除小鼠系(dKO)。三箱社交結(jié)果顯示:在社交**階段,dKO小鼠在陌生鼠和空籠附近的探索時間沒有差異,在社交**階段,其在陌生鼠和熟悉鼠附近的探索時間也沒也有差異,即表現(xiàn)出社交障礙和社交新穎性缺陷;超聲發(fā)聲測試(Ultrasonic vocalizations -USVs)結(jié)果顯示:dKO小鼠發(fā)聲次數(shù)顯著減少,即表現(xiàn)出交流障礙;此外,dKO小鼠大理石掩埋個數(shù)增加;筑巢能力下降;其自我修飾及活動過程中的站立和跳躍時間顯著增加,即表現(xiàn)出焦慮樣表型。
為了確定特定腦區(qū)對ASD樣行為的影響,課題組培育了條件性Shank2-Shank3雙敲除小鼠系(dKOfx/fx)。首先,課題組選取與自閉癥小鼠模刻板行為和社交缺陷相關(guān)的伏隔核(ACB)作為目標腦區(qū),并通過**染色驗證了Shank2-Shank3的敲除效果。行為學(xué)測試結(jié)果顯示:ACB-dKO小鼠的自我修飾的時間增加,即伏隔核中Shank2/3蛋白的缺失會導(dǎo)致重復(fù)樣板行為。
*后,課題組以ACB為參考,研究了其他特定腦區(qū)在Shank2-Shank3雙敲除后對小鼠行為學(xué)的影響。結(jié)果顯示:壓后皮層(RSP)中Shank2/3的缺失導(dǎo)致小鼠社交新穎性降低。**染色結(jié)果顯示:RSP- dKO小鼠興奮性突觸的急劇減少,且注射GFP的小鼠c-Fos陽性神經(jīng)元的數(shù)量明顯高于cre小鼠,即神經(jīng)元的補充發(fā)生了改變。而化學(xué)遺傳激活shank2/3缺陷小鼠RSP中的神經(jīng)元則可以有效緩解上述行為學(xué)缺陷并增加了c-Fos陽性神經(jīng)元的數(shù)量。這些結(jié)果表明:上調(diào)RSP神經(jīng)元的活動可挽救Shank2和Shank3的缺失導(dǎo)致的突觸損傷和社會行為的改變。
總的來說,本文主要通過**染色和化學(xué)遺傳等方法結(jié)合行為學(xué)測試,揭示了Shank2-Shank3雙敲除小鼠所表現(xiàn)出的社交和焦慮障礙、焦慮樣表型等ASD樣行為,并通過對多個腦區(qū)進行Shank2-Shank3雙敲除發(fā)現(xiàn)特異性上調(diào)RSP神經(jīng)元的活動可挽救Shank2/3的缺失導(dǎo)致的社交新穎性障礙和突觸損傷。該研究證明了RSP腦區(qū)在調(diào)控ASD樣社交記憶障礙中的重要作用,為臨床ASD患者的社會行為缺陷提供了**靶點。
文章來源 https://doi.org/10.1038/S41380-022-01756-8
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