Rpd3/CoRest介导的活动依赖性转录调控果蝇记忆更新的灵活性

Rpd3/CoRest-mediated activity-dependent transcription regulates the flexibility in memory updating in Drosophila.

作者信息Mai Takakura, Reiko Nakagawa, Takeshi Ota, Yoko Kimura, Man Yung Ng, Abdalla G Alia, Hiroyuki Okuno, Yukinori Hirano
PMID33504795
发布时间2021-01-27
DOI10.1038/s41467-021-20898-x

实验完整度

高

结合果蝇蘑菇体神经元蛋白质组学、光遗传/热遗传激活、Western blot、ChIP-seq与RNA-seq及行为学验证

主要模型

果蝇蘑菇体神经元 MBsw/MBsw2驱动转基因果蝇 dTRPA1热遗传激活模型 CsChrimson光遗传激活模型

重点核对

MB神经元中Rpd3::FLAG-HA与CoRest-F/CoRest-C的免疫共沉淀结合变化 CoRest-C K318R敲入对Rpd3/CoRest-F解离的影响 spaced training后kay等IEG mRNA表达时程 CoRest-C/Rpd3/CBP的ChIP-seq共定位 reversal learning后即刻记忆检测

摘要

巩固的记忆可根据环境变化被保留或更新。尽管这种相互冲突的调控可能发生在记忆更新过程中,但记忆更新的灵活性可能在最初的记忆巩固过程中就已经被决定。本文中,我们探索了记忆巩固中活动依赖性转录的门控机制,该机制出人意料地与果蝇后期的记忆更新相关联。通过蛋白质组学分析,我们发现含有组蛋白去乙酰化酶Rpd3和CoRest的转录抑制因子的组成变化,作为打开和关闭活动依赖性转录时间窗口的门控机制发挥作用。通过Rpd3/CoRest的组成变化打开闸门是记忆巩固所必需的,但通过Rpd3/CoRest关闭闸门对于限制未来的记忆更新具有重要意义。我们的数据表明,记忆更新的灵活性由最初的活动依赖性转录决定,提供了一种参与定义记忆状态的机制。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
记忆巩固中活动依赖性转录的门控机制是什么,以及该机制是否影响后续记忆更新的灵活性。
核心机制
神经活动经CBP乙酰化CoRest-C,促进其结合Rpd3并解离Rpd3/CoRest-F,打开活动依赖性转录窗口;Rpd3去乙酰化CoRest-C使复合物恢复,关闭转录窗口。
主要证据
果蝇蘑菇体神经元Rpd3相互作用组分析、光遗传/热遗传激活下的免疫共沉淀与Western blot、kay等基因RT-qPCR、ChIP-seq和RNA-seq,以及CoRest-C敲低和K318R敲入的行为学实验。
研究意义
提出记忆巩固中活动依赖性转录的开启与关闭分别对记忆巩固和限制行为灵活性重要,为理解记忆状态定义及与自闭症谱系障碍或智力障碍相关的机制提供基础。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

Rpd3相互作用组分析

鉴定MB神经元中神经活动依赖的Rpd3相互作用蛋白变化

在MB神经元表达Rpd3::FLAG-HA并用dTRPA1热遗传激活,串联亲和纯化后进行shotgun LC-MS/MS分析

2

Rpd3/CoRest复合物组成变化验证

验证神经激活是否引起Rpd3与CoRest-F/CoRest-C结合变化

表达HA标签Rpd3和CsChrimson,光遗传激活后进行免疫共沉淀和Western blot检测CoRest-F与CoRest-C结合

3

CoRest-C乙酰化及结合位点分析

确定CoRest-C乙酰化及其与Rpd3结合的关键赖氨酸

染色质分级、抗乙酰赖氨酸免疫沉淀、LC-MS/MS鉴定乙酰化位点,并构建K/R突变体检测结合

4

活动依赖性转录检测

检测Rpd3/CoRest对kay等即早基因转录时程的调控

spaced training后不同时间点取头提取RNA,RT-qPCR检测kay、Myo31DF、sr、h、grh mRNA

5

全基因组结合与转录分析

确定CoRest-C、Rpd3、CBP共定位基因座及活动依赖性表达谱

收集MB细胞核进行ChIP-seq和核RNA-seq分析

6

记忆与行为灵活性评估

评估Rpd3/CoRest功能异常对记忆巩固和记忆更新的影响

spaced/massed training后进行1天记忆检测,并在次日进行reversal learning后即刻测试

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RU486(米非司酮)Sigma--
全反式视黄醛Sigma--
抗FLAG M2亲和凝胶Sigma--
3xFLAG肽SigmaF4799
抗HA抗体偶联磁珠Thermo Fisher Scientific88837
抗myc抗体偶联磁珠Thermo Fisher Scientific88843
Protein A/G琼脂糖Thermo Fisher Scientific--
鼠单克隆抗myc抗体BioLegend626802
兔单克隆抗HA抗体Cell Signaling Technology3724
鼠单克隆抗HA抗体BioLegend901515
兔抗组蛋白H3抗体Abcamab1791
鼠抗α-微管蛋白抗体SigmaT6199
抗乙酰赖氨酸抗体Abcamab21623
兔单克隆抗pERK抗体Cell Signaling Technology4376
兔单克隆抗myc抗体Cell Signaling Technology2278
鼠nc82抗体Developmental Studies Hybridoma Bank--
兔抗DsRed抗体Takara632496
鸡抗GFP抗体Abcamab13970
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific--
ReverTra Ace qPCR RT Master Mix with gDNA RemoverTOYOBO--
NEBNext Ultra II DNA文库构建试剂盒(Illumina)New England Biolabs Inc.--
NEBNext Ultra II RNA文库构建试剂盒(Illumina)New England Biolabs Inc.--
Oligo d(T)25磁珠New England Biolabs Inc.--
改良胰蛋白酶Promega--
Glu-C蛋白酶Thermo Scientific--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
Rpd3相互作用组分析
果蝇数量约2000只;35 °C热激1 h;MBsw驱动Rpd3::FLAG-HA表达;阴性对照为无dTRPA1果蝇
阅读提示:Methods中Shotgun LC-MS/MS分析与Fig. 1b图注
光遗传激活
0.4 mM all-trans-retinal喂食3天;617 nm红光40 Hz、脉宽12.5 ms;CsChrimson表达
阅读提示:Methods中Thermogenetic and optogenetic manipulation
CoRest-C乙酰化与结合
K318为主要乙酰化位点;NaBu浓度文中未明确说明;Rpd3-H137A突变
阅读提示:Fig. 4c、Fig. 5c–e图注及Methods中Pull-down assay
ChIP-seq与RNA-seq
MB核收集约500只果蝇;抗myc、抗CBP、抗Rpd3抗体用量;n=3生物学重复;光激活5 min后休息10 min
阅读提示:Methods中Purification of MB nuclei、ChIP-seq analysis与RNA-seq analysis
行为学训练
约70只果蝇;OCT与MCH气味;60 V电击1.5 s每5 s;spaced training五轮间隔15 min;训练后17 °C保存
阅读提示:Methods中Behavioral assay