- 与本课题有关的研究情况
神经元去极化是所有生物所共同持有的生理学行为，而面对外界刺激，产生基因调控是生物所共同具有的核心特征，也是高等动物学习和记忆的基础。在神经元去极化的过程中，有许多的基因随之改变转录。许多人对此进行了深入的研究，发现神经元去极化对基因转录的影响往往都伴随着诱导型转录因子（inducible transcription factors，ITF）。它有着驱动相关记忆表达的作用，从而使生物对于外界刺激做出合适的反应。对于高等生物而言，学习和记忆等行为都能诱导大脑中的ITF的表达。而在神经元中，去极化就是常见的诱导ITF表达的原因。去极化有突触输入和动作电位输入两种之分，来自美国加利福尼亚大学的Brenda L. Bloodgood团队在Cell杂志名为Genomic Decoding of Neuronal Depolarization by Stimulus-Specific NPAS4 Heterodimers的长文，发现了小鼠海马区中分别由动作电位输出和突触输入引起的，在空间和分子上完全独立的调控NPAS4（一个非常独特的ITF，能被去极化诱导表达，但是却对其它外界刺激没有反应）表达的两条不同机制，通过这两条机制，动作电位输出和突触输入可以通过同一个ITF实现对相关基因的调控。
海马区是影响学习记忆的关键区域之一，其突触传递长时间增强（LTP）等突触可塑性与学习记忆能力密切相关。为了调控突触可塑性，当神经元兴奋时众多信号分子协同合作激活不同的信号通路，从而控制基因转录来支持大脑的学习记忆功能。神经突触活动发生在细胞膜上，而基因转录发生在细胞核内，关于两者之间如何进行有效的联系，马欢课题组2014年在国际期刊Cell发表论文阐明gCaMKII在神经元活动的调控下将信号分子CaM从细胞膜表面运输到细胞核内释放从而激活基因转录，但由于CaM是多靶点分子，对它的操控不可避免地会影响神经元的发育和兴奋性，导致其入核转运的在体功能至今不清楚。2018年6月，Nature系列子刊《Nature Communications》在线发表了浙江大学基础医学院马欢研究院课题组的论文，该研究通过在体操控神经元活动与基因转录之间的耦联，发现了神经元内的入核运输蛋白gCaMKⅡ在学习记忆中的关键作用。本次发表在《Nature Communications》的论文中巧妙的利用操控CaM入核转运蛋白gCaMKII来避免了操控信号分子CaM本身带来的各种脱靶效用，利用在智力障碍患者中发现的人类基因突变来特异性改造gCaMKII运输功能，通过gCaMKII转基因小鼠模型及慢病毒介导的基因在特定脑区的表达、电生理和钙成像等技术，结合基因改造和行为学手段，建立了神经活动-基因转录偶联失调与认知功能受损和智力障碍间的关系。
本课题的研究目的
以上都是国内外至今对于神经元去极化对于激活基因转录的研究，而对于其基因转录如何被抑制的机制研究甚少，本课题将通过对于Senp1的研究，揭示在小鼠中神经元在去极化过程中抑制基因表达的分子机制。Senp是一种去SUMO（小泛素相关修饰蛋白）化酶，有八个亚类，Senp1属于其中的一个大类。Senp1是首个发现的Senp蛋白，具有广泛的底物特异性，不仅是主要的去SUMO化酶，还通过剪切SUMO前体蛋白C端的延长链促使SUMO蛋白成熟。因此它具有促SUMO蛋白成熟和去SUMO化的双重作用，即Senp1的功能状态决定了细胞中的SUMO化水平，在细胞正常生理活动中起重要作用。Senp1功能异常与肿瘤和心血管疾病等密切相关，是一个可能的有效的治疗靶点。
本课题的研究内容及要求
本课题使用体外细胞培养神经细胞，通过RT-PCR（Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction，RNA的反转录（RT）和cDNA的聚合酶链式扩增（PCR）相结合的技术）和Western Blot（蛋白质免疫印迹实验）实验验证神经元活化过程中对于Senp1的表达的抑制现象，继而研究调控Senp1转录的转录因子，探讨外界的刺激如何影响该转录因子的活性。要求掌握实验技能，熟悉实验原理，了解基因转录调节的研究进展。
本课题的工作计划和进度预期
3月：验证神经元活化过程中抑制Senp1表达的现象
4月：研究调控Senp1转录的转录因子
5月：初步研究神经元活化调节转录因子的活性的分子机制
已查阅的参考文献
[1]周炎鑫,韩梦,刘娜女,黄伟伟.SENP1启动子G-四链体鉴定及其作用研究[J].中国生物工程杂志,2020,40(Z1):92-101.
[2].马欢研究员团队揭示神经元活动和基因转录偶联在大脑认知功能中的作用[J].浙江大学学报(医学版),2018,47(03):238.
[3]周炎鑫,韩梦,刘娜女,黄伟伟.SENP1启动子G-四链体鉴定及其作用研究[J].中国生物工程杂志,2020,40(Z1):92-101.
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