第一部分钠氢离子交换蛋白Nhe5参与学习记忆的调控利用小鼠转基因和基因剔除技术,从整体动物水平来研究基因功能、人类疾病发病机制,胚胎发育的过程和寻找新的药物靶点,已成为现代生物学各个研究领域最常用的技术手段之一。在本篇论文的研究课题中,我们利用Nhe5基因敲除小鼠来研究该基因病理以及生理功能。Nhe5是主要集中在大脑海马区神经元细胞表达的十二次跨膜钠氢离子通道蛋白,目前有报道提出其功能是通过对突触间隙的pH值调控来影响神经元树突棘的生长,进而影响神经元的可塑性。学习记忆的形成是一个复杂而受到精确调控的过程,神经元突触的可塑性在此过程中扮演着相当重要的角色。本课题首先建立Nhe5基因敲除小鼠,成功的剔除了该基因3至5号外显子,利用一系列行为学实验手段探索Nhe5在体内的生物学功能,以及Nhe5基因缺失之后对学习记忆和神经元突触可塑性相关信号通路所造成的影响。在水迷宫、新旧物体识别以及被动回避的测试中,Nhe5基因剔除小鼠学习记忆能力表现为显著增强。Nhe5基因剔除后小鼠的大脑结构并未发生病理改变,但是突触前膜标记物Syn以及突触后膜标记物PSD95的表达增强。接着,我们又从分子水平分进一步揭示Nhe5可能通过调控钙离子反应元件CaMKⅡ,以及Erk1/2的磷酸化,使得下游转录因子CREB蛋白磷酸化水平升高,从而发挥转录因子的功能,促进下游脑源性神经营养因子Bdnf在转录以及翻译水平上调。这些蛋白分子与突触的可塑性密切相关,它们发生激活之后,最终可能导致学习记忆能力的增强。结合前人的报道,我们推测Nhe5基因可能是通过影响突触间隙的pH调控神经元突触钙离子内流,进而促使学习记忆相关信号通路Bdnf/TrkB的激活。本研究所有结果首次较为全面的揭示了Nhe5基因在学习记忆方面重要的生物学功能,为该基因作为人类神经系统疾病潜在的药物靶点提供了重要线索及分子基础。第二部分Palladin参与血小板功能活化以及动脉血栓的形成微丝细胞骨架相关蛋白Palladin作为细胞骨架脚手架以及微丝交联蛋白,从未在血小板系统中得以研究。心肌梗塞疾病(MI)是一类具有强大遗传背景的疾病,Palladin基因突变已被报道可能与心肌梗塞发病相关。目前,我们已建立Palladin基因缺失小鼠模型,该基因纯合子小鼠在胚胎时期死亡,而杂合子小鼠与同窝野生型小鼠在表型上并没有显著差异。因此,本研究利用了Palladin杂合子小鼠研究Palladin蛋白在杂合子水平时,对小鼠血小板功能造成的影响。我们首次发现Palladin的90-92k Da亚型A在小鼠血小板中特异表达。在低剂量的Thrombin,U46619和Collagen的刺激作用下,Palladin杂合子小鼠血小板的聚集能力比野生型小鼠血小板更为灵敏。另外,令我们感到惊讶的是:在细胞骨架脚手架蛋白Palladin部分缺失的时候,杂合子小鼠血小板的细胞骨架非但未受到损害,反而在细胞外基质纤维蛋白原之上的铺展能力更为增强。与此结果相呼应的是,铺展之后的杂合子血小板中Rac1和Cdc42这两个Rho GTP酶家族蛋白的活化也是增强的。在体外栓块收缩实验中,与野生型小鼠对比,杂合子小鼠血小板的收缩现象更为显著。而与上述体外数据一致的是,在体内动脉血栓形成实验中,杂合子小鼠的血栓形成时间加快。从而我们所有的实验结果表明:Palladin蛋白部分缺失确实影响小鼠血小板的功能活化以及动脉血栓的形成。文章最终揭示了Palladin在血栓疾病中可能的病理作用。