《Nature Communications》：A highly conserved neuronal microexon in DAAM1 controls actin dynamics, RHOA/ROCK signaling, and memory formation
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在神經系統中，肌動蛋白細胞骨架動態對其發育和功能至關重要，神經元特異性微外顯子的作用卻尚不明確。研究人員聚焦 DAAM1 中的微外顯子，發現其影響肌動蛋白聚合、神經元功能及記憶形成，且與 RHOA/ROCK 信號通路相關。該研究為理解神經系統機制提供新視角。
在神奇的大腦世界里，數十億神經元通過突觸相互交流，構建起復雜的網絡，支撐著哺乳動物的高級認知功能。而這其中，肌動蛋白細胞骨架就像一個幕后英雄，對突觸的正常發育和功能起著關鍵作用。它不僅在突觸前負責突觸小泡的有序存儲和周轉，還在突觸后決定著樹突棘的形態以及神經遞質受體的移動，進而影響著記憶的形成等重要大腦功能。近年來，Rho 家族小 GTP 酶逐漸進入科學家的視野，它們作為肌動蛋白細胞骨架組裝的關鍵調節因子，與突觸可塑性緊密相連，其中 RHOA 更是通過調控 ROCK 信號通路，影響著未成熟樹突棘的數量。
然而，盡管神經元特異性的替代剪接現象普遍存在，且與神經發育障礙相關，但大多數微外顯子的功能仍是個謎。特別是那些與肌動蛋白相關的神經元過程，微外顯子的加入會產生怎樣的影響，一直困擾著科研人員。為了解開這些謎團，來自巴塞羅那科學技術研究所等多個機構的研究人員展開了深入研究，相關成果發表在《Nature Communications》上。
研究人員主要運用了以下關鍵技術方法：利用 CRISPR-Cas9 基因編輯技術構建 Daam1-MIC 敲除小鼠模型；采用總內反射熒光（TIRF）顯微鏡觀察肌動蛋白網絡；通過隨機光學重建顯微鏡（STORM）分析樹突棘中的 F - 肌動蛋白含量；運用 RNA 測序技術探究基因表達變化。
研究結果如下：
- DAAM1 微外顯子的特性：通過分析 VastDB 數據，研究人員發現 Daam1 基因在神經元中高表達，其內含的微外顯子位于 FH2 結構域的連接區，在脊椎動物中高度保守且具有神經特異性。RT-PCR 實驗證實，該微外顯子的包含高度依賴神經元特異性的 Ser/Arg 重復矩陣 3 和 4 基因（SRRM3/4）。
- 對肌動蛋白聚合的影響：構建 DAAM1 的 FH2 結構域模型發現，微外顯子的插入延長了連接區，影響了肌動蛋白聚合。體外實驗表明，不含微外顯子的異構體聚合速率更高，而含微外顯子的異構體則促進肌動蛋白纖維伸長，形成更復雜的網絡拓撲結構。
- 對神經元功能的影響：在小鼠胚胎干細胞中敲除 Daam1-MIC，分化的谷氨酸能神經元在去極化時 Ca2+內流增加。成年敲除小鼠在學習和記憶任務中表現不佳，如在新穎物體識別（NOR）任務和莫里斯水迷宮（MWM）任務中存在缺陷。
- 對突觸功能和可塑性的影響：敲除小鼠海馬切片的全細胞電壓鉗記錄顯示，CA1 錐體神經元對超閾值去極化電流的反應中，尖峰數量有增加趨勢。LTP 實驗表明，敲除小鼠的場興奮性突觸后電位（fEPSP）顯著降低，同時突觸后密度受損，樹突棘數量減少，尤其是薄的未成熟樹突棘。
- 對 RHOA/ROCK 信號通路的影響：STORM 結果顯示，敲除小鼠功能性樹突棘中的 F - 肌動蛋白含量降低。Co-IP 和 NanoBRET 實驗表明，微外顯子的去除減少了 DAAM1 與 RHOA 的相互作用，導致 RHOA 活性增加。使用 ROCK 抑制劑 Y-27632 處理后，可部分挽救敲除小鼠的表型，包括基因表達改變、Ca2+內流差異和記憶損傷。
研究結論和討論部分指出，Daam1-MIC 的正確調控在多個層面都至關重要。它不僅在體外實驗中定量和定性地調節肌動蛋白聚合，還通過影響 DAAM1 與 RHOA 的相互作用，調控 RHOA/ROCK 信號通路的活性。在小鼠模型中，Daam1-MIC 的缺失導致記憶障礙，可能是由于樹突棘數量減少和 LTP 降低。雖然 ROCK 抑制劑的作用提示 RHOA/ROCK 信號通路的上調與觀察到的表型有關，但具體機制仍有待進一步探索。 總的來說，該研究揭示了 DAAM1 中高度保守的神經元微外顯子在調節肌動蛋白動態和認知功能方面的重要作用，為深入理解神經系統的分子機制提供了新的方向，也為相關神經疾病的研究和治療提供了潛在的靶點和理論依據。
