J Adv Res：海马DPP9调控突触可塑性相关的记忆过程

2024年10月5日中科院昆明动物研究所周启心团队在Journal of Advanced Science杂志发表论文“Hippocampal dipeptidyl peptidase 9 bidirectionally regulates memory associated with synaptic plasticity”，该研究首次研究小鼠的海马脑区中二肽基肽酶9 (DPP9)的功能，发现DPP9能够双向调控记忆及突触可塑性（本研究所用AAV2/9-CMV-Cax13d-FLAG-U6-2x gRNA（DPP9）、AAV2/9-hSyn-DPP9-FLAG及AAV2/9-hSyn-GFP-WPRA病毒产品由维真生物助力提供！）。

二肽基肽酶(DPP) 是一类作用于肽链并影响蛋白质稳定性的氨基肽酶家族，亚型DPP9的mRNA广泛分布于中枢神经系统，能够通过切割神经肽Y (NPY)等多肽来发挥生物学功能。但是DPP9是否能够调控学习记忆还未有报道。

作者检测了DPP9蛋白在脑区中的分布，发现DPP9参与学习记忆过程，敲降和过表达DPP9能够双向调控记忆及长时程增强（LTP）水平，利用蛋白质组和纯化质谱分析发现DPP9与NPY直接结合，并调节肌动蛋白功能。本研究表明DPP9可同时通过酶促作用和蛋白质互作影响学习记忆过程，为记忆和DPP家族功能的分子机制提供了新的见解。

文章主要内容

1. DPP9蛋白在小鼠大脑中的分布模式

Allen brain数据库显示DPP9 mRNA在大脑中广泛分布，作者进一步使用免疫荧光染色来研究DPP9蛋白在大脑中的分布。染色结果显示DPP9在海马、皮层、小脑和嗅球中广泛分布，在海马与神经元NeuN共定位，且具有最高的酶活性。这一结果表明DPP9在海马中发挥着调控神经元活动及相关行为的功能。

图1：DPP9在小鼠大脑各脑区中的分布及酶活性

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2. DPP9蛋白表达水平双向调控记忆及突触可塑性

由于海马是学习记忆的关键脑区，因此作者研究DPP9在学习记忆过程中的表达及功能。WB实验结果显示在小鼠进行恐惧记忆学习和提取后，海马中DPP9的蛋白水平显著增加。作者进一步在海马脑区注射DPP9敲降（DPP9 KD）和过表达（DPP9 OE）相关病毒，再进行一系列记忆测试行为学。

结果显示，DPP9 KD小鼠的物体识别记忆和条件性恐惧记忆都表现出提取障碍，而记忆形成不受影响，同时LTP水平显著降低。反之，DPP9 OE小鼠的记忆提取能力和LTP水平都显著增强。以上结果表明DPP9能够通过调控突触可塑性来对记忆维持和提取起到关键作用。利用抑制剂抑制DPP9酶活也能抑制记忆的提取水平，表明DPP9的酶活性也在维持和提取记忆起着关键功能。

图2：操纵DPP9蛋白水平影响记忆维持和提取能力

3. DPP9通过与NPY结合调控学习记忆相关通路

接下来，作者使用了蛋白质组学和免疫共沉淀结合纯化质谱（AP-MS）来解析DPP9调节记忆的分子机制。对DPP9 KD 和DPP9 OE的共同差异蛋白进行KEGG和GO分析，富集到了神经细胞和突触相关通路。

此外，GESA分析发现内多肽酶调节活性和丝氨酸内肽酶抑制剂途径在DPP9 KD 和DPP9 OE中呈现相反趋势，表明DPP9的蛋白水平变化也影响了相应的酶促作用。因此，作者利用邻位连接技术检测了DPP9与其底物之一NPY的共定位，发现海马中DPP9和NPY +神经元中共表达，显示NPY与DPP可能存在相互作用。

此外，AP-MS结果显示与DPP9互作的蛋白富集在肌动蛋白功能通路，与蛋白质组的结果一致。以上结果表明DPP9不仅通过酶切NPY，而且通过调节肌动蛋白在记忆维持和提取中起重要作用。

图3：蛋白质组揭示DPP9酶促作用变化及与NPY的共定位

研究结论

本研究揭示了DPP9在中枢神经系统的蛋白分布模式，其中海马的DPP9表达于兴奋性神经元中，以酶切NPY和肌动蛋白调节蛋白相互作用的方式，实现双向调节突触可塑性并调控记忆维持与提取能力。这一发现将有助于今后记忆相关疾病的治疗。

图4 DPP9调控学习记忆的机制模式图

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原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jare.2024.09.031

参考文献：

Zhao YB, Wang SZ, Guo WT, Wang L, Tang X, Li JN, Xu L, Zhou QX. Hippocampal dipeptidyl peptidase 9 bidirectionally regulates memory associated with synaptic plasticity. J Adv Res. 2024 Oct 5:S2090-1232(24)00433-8. doi: 10.1016/j.jare.2024.09.031. Epub ahead of print. PMID: 39369958.

编译作者：

brainnews创作团队