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突觸功能喪失和記憶減退是神經(jīng)退行性癡呆的主要特征。越來越多的文獻指出，磷酸化激酶的失調(diào)與AD的發(fā)病機制有關(guān)，而擾動的細胞相互作用與突觸喪失和記憶缺陷有關(guān)。然而，導(dǎo)致記憶喪失的分子基礎(chǔ)在很大程度上仍然未知。  歡迎關(guān)注 動物神經(jīng)科學(xué)與行為學(xué) 添加小編微信 18917988366 -動物行為實驗儀器咨詢- 在此背景下，2022年7月19日，北京大學(xué)尹玉新課題組聯(lián)合宣武醫(yī)院賈建平教授團隊在 Cell Reports發(fā)表了題為FAM69C, a kinase critical for synaptic function and memory, is defective in neurodegenerative dementia 的研究論文，揭示了磷酸激酶——FAM69C在調(diào)控突觸可塑性以及記憶衰退過程中的重要作用。
蛋白激酶通過磷酸化作用在認知功能中占有重要地位。課題組首先研究了多種激酶的組織分布，而FAM69因具有“CHRDLKPEN”這一對磷酸轉(zhuǎn)移至關(guān)重要基序而被注意，且AlphaFold預(yù)測發(fā)現(xiàn)其具有獨特的激酶結(jié)構(gòu)。此外，體外激酶測定結(jié)果顯示FAM69C磷酸化了底物上的蘇氨酸（Thr）殘基和絲氨酸（Ser）殘基；WB結(jié)果顯示FAM69C在人腦中以全長蛋白的形式特異性表達；免疫組化染色顯示FAM69C在皮質(zhì)和海馬神經(jīng)元、小腦浦肯野細胞以及白質(zhì)膠質(zhì)細胞質(zhì)中呈點狀；免疫熒光顯示FAM69C主要定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體；而對來自膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體的分離部分的WB分析也表明FAM69C是一種膜蛋白。這些數(shù)據(jù)表明：FAM69C作為海馬和小腦中的膜蛋白，通過磷酸化Ser/Thr發(fā)揮作用。
為研究FAM69C具體功能，課題組構(gòu)建了FAM69C-KO小鼠，并對其進行了單細胞RNA測序，通過聯(lián)合聚類分析，發(fā)現(xiàn)與突觸結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)的的細胞類型在FAM69C-KO小鼠的大腦中受到干擾。為了研究不同細胞類型生物途徑的變化，課題組進行了基因集富集分析（GSEA），發(fā)現(xiàn)FAM69C缺乏導(dǎo)致AD、PD和亨廷頓氏?。℉D）的生物過程在星形膠質(zhì)細胞、神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞中富集，表明這些細胞與神經(jīng)退行性過程有關(guān)；此外，基因本體（GO）數(shù)據(jù)庫注釋的GSEA表明上述細胞與突觸結(jié)構(gòu)功能障礙有關(guān)。
為了驗證單細胞RNAseq提示的突觸功能障礙，課題組對兩組小鼠進行了電生理記錄和形態(tài)學(xué)染色，發(fā)現(xiàn)FAM69C-KO小鼠LTP后斜率顯著降低，即其突觸可塑性下降；其CA1和mPFC區(qū)域錐體神經(jīng)元的棘密度顯著降低，即其突觸丟失。這些數(shù)據(jù)表明，FAM69C在調(diào)節(jié)突觸完整性中起著重要作用。隨后，課題組通過磷酸蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)了FAM69C的多種磷酸化底物與結(jié)合蛋白，且其底物涉及突觸結(jié)構(gòu)組成和突觸傳遞過程。而激酶活性實驗發(fā)現(xiàn)了FAM69C的幾個磷酸化位點。 為了探究FAM69C缺陷對個體記憶的影響，課題組對兩組小鼠進行了行為學(xué)測試，新物體識別測試結(jié)果顯示FAM69C-KO小鼠對陌生物體的識別時間減少，且其分辨能力顯著降低，暗示FAM69C缺陷損害了參考記憶；條件恐懼測試中FAM69C-KO小鼠在環(huán)境條件作用下的僵直時間顯著減少，表明其海馬依賴性恐懼記憶受損；而在連續(xù)家庭籠系統(tǒng)監(jiān)視測試（continuous automated home-cage monitoring system）中，F(xiàn)AM69C-KO小鼠表現(xiàn)出比野生型小鼠更高的活躍度，這與精神障礙焦慮的表型相一致。即FAM69C缺陷將降低個體記憶能力。  動物行為分析軟件推薦   
鑒于突觸功能障礙和神經(jīng)元丟失是神經(jīng)退行性癡呆的主要特征，課題組由此研究FAM69C缺乏是否會導(dǎo)致細胞死亡。流式細胞術(shù)分析結(jié)果表明：FAM69C的缺失增加了基礎(chǔ)狀態(tài)下和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激源thapsigargin（TG）反應(yīng)下的細胞死亡。此外，而課題組通過改變兩組鼠中FAM69C的激酶活性域改變變量，發(fā)現(xiàn)FAM69C通過激酶活性潛在地增加細胞活力并促進細胞應(yīng)激抵抗。最后，課題組檢測了AD患者和年齡匹配對照組海馬組織中FAM69C蛋白水平，WB結(jié)果顯示AD患者大腦中FAM69C水平顯著降低，這進一步證明了FAM69C對細胞存活的重要意義。
總的來說，本文發(fā)現(xiàn)了一種絲/蘇氨酸激酶——FAM69C，闡明了其在突觸功能和記憶調(diào)節(jié)中的保護作用，并將其失調(diào)與神經(jīng)退行性癡呆聯(lián)系起來。這些發(fā)現(xiàn)揭示了記憶喪失的潛在機制，并提高了對神經(jīng)退行性癡呆風(fēng)險的預(yù)測能力。本研究還為通過FAM69C信號增強認知提供了一種潛在的治療方法。  https:///10.1016/J.CELREP.2022.111101
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