Межові механізми опосередкованих PTPσ меж пресинаптичної диференціації в синаптичній нейронауці

Редаговано

Карлос Б. Дуарте

Університет Коїмбри, Португалія

Переглянуто

Курт Готтман

Дюссельдорфський університет імені Генріха Гейне, Німеччина

Шуя Фукай

Токійський університет, Японія

Приналежності редактора та рецензентів є останніми, наданими в їхніх дослідницьких профілях Loop, і вони не можуть відображати їх ситуацію на момент огляду.

Завантажити статтю
- Завантажте PDF
- ReadCube
- EPUB
- XML (NLM)
- Додаткові
  Матеріал
Експортне посилання
- EndNote
- Довідковий менеджер
- Простий текстовий файл
- BibTex

ПОДІЛИТИСЯ НА

СТАТТЯ Оригінального дослідження

1 Джавад Мовафагіанський центр здоров'я мозку, кафедра психіатрії, Університет Британської Колумбії, Ванкувер, Британська Колумбія, Канада
2 Центр наук про здоров'я, Інститут перспективної медицини Клейсена, Університет Манітоби, Вінніпег, МБ, Канада
3 Кафедра фізіології та патофізіології, Факультет наук про здоров'я Раді, Університет Манітоби, Вінніпег, МБ, Канада
4 Дослідницький інститут дитячої лікарні в Манітобі (CHRIM), Вінніпег, МБ, Канада
5 Кафедра клітинних та фізіологічних наук, медичний факультет, Інститут наук про життя, Університет Британської Колумбії, Ванкувер, Британська Колумбія, Канада

Вступ

Ключовий ранній крок у формуванні нового синапсу включає зв'язок між синаптичними організуючими білками, експресованими на аксоні одного нейрона, і дендритом іншого, що викликає кластеризацію внутрішньоклітинних синаптичних білків в обох нейронах. Представлення одного синаптичного організуючого білка, експресованого на поверхні ненейрональної клітини, є достатнім, щоб викликати локальне скупчення пресинаптичних або постсинаптичних механізмів. Прикладом цього є перша відкрита і найбільш відома пара синаптичних організуючих білків, постсинаптичних нейролігінів (Scheiffele et al., 2000) та пресинаптичних нейрексинів (Graf et al., 2004). На додаток до нейролігінів та нейрексинів, було описано безліч інших організуючих білків із подібною синаптогенною активністю (Südhof, 2018). Сюди входять пресинаптично експресована LAR, білкова тирозинфосфатаза σ (PTPσ) та PTPδ, які разом утворюють сімейство LAR-RPTP та взаємодіють з постсинаптичним NGL-3 (Woo et al., 2009), TrkC (Takahashi et al., 2011), Slitrk1-6 (Takahashi et al., 2012; Um et al., 2014), Il1RAPL1 (Yoshida et al., 2011), IL1RAcP (Yoshida et al., 2012), SALM3 і SALM5 (Mah et al., 2010; Li et al., 2015).

Механізм, за допомогою якого синаптичні організуючі білки сигналізують про утворення зароджується синапсу, повинен включати не лише адгезію. У випадку з нейрексином, рекрутування внутрішньоклітинних білків може відбуватися принаймні за певних обставин без присутності внутрішньоклітинної області нейрексину (ICR; Gokce and Südhof, 2013), імовірно, через неідентифікований ко-рецептор. Схоже, це не справедливо для LAR-RPTP, оскільки версія PTPσ, у якій відсутня його ICR, виступала як домінантно-негативний супресор синаптогенезу (Takahashi et al., 2011). Однак механізм, за допомогою якого ці білки здійснюють свою дію, включаючи залучення внутрішньоклітинних взаємодіючих білків та/або ко-рецепторів, недостатньо вивчений.

LAR-RPTP складаються з позаклітинних доменів Ig та FNIII, які опосередковують зв'язування з постсинаптичними лігандами NGL-3, TrkC, Slitrks, IL1RAPL1, IL1RAcP та SALM (Takahashi and Craig, 2013). Домен LAR-RPTP Ig1 також пов'язує хондроїтин сульфат та гепаран сульфат (HS), взаємодії, що регулюють ріст аксонів (Arickscu et al., 2002; Shen et al., 2009). В контексті синаптогенезу HS конкурує з TrkC за зв'язування PTPσ (Coles et al., 2014), але HS може опосередковувати утворення додаткових синаптогенних комплексів, як пропонується для комплексу PTPσ-glypican-4-LRRTM4 (Ko et al., 2015 ). Іншою основною родиною пресинаптичних організаторів, нейрексинами, є HSPG (Zhang et al., 2018). Поки незрозуміло, чи може взаємодія LAR-RPTP, опосередкована HS, з нейрексинами або іншими аксональними ко-рецепторами сприяти синаптогенній функції.

Після єдиного трансмембранного домену LAR-RPTP мають невеликий клиновий домен, за яким слідують два домени, подібні до фосфатази, що називаються D1 і D2, з яких каталітично активним є лише D1 (Streuli et al., 1990; Takahashi and Craig, 2013). Відомо кілька ферментативних субстратів LAR-RPTP, включаючи p250GAP (Chagnon et al., 2010), β-катенін (Müller et al., 1999; Dunah et al., 2005) та N-кадгерин (Siu et al., 2007), які потенційно можуть опосередковувати їх синаптогенний ефект. Домен D2 зв'язується з білками лісу сімейства liprin-α (Serra-Pagès et al., 1995), тріо GEF/кіназа (Debant et al., 1996), а також з CASK-взаємодіючими білками caskin1 і caskin2 ( Венг та ін., 2011).

Тут ми використовували стратегію молекулярної заміни, при якій одна або кілька міжмолекулярних взаємодій порушувались шляхом делеції домену або точкового мутагенезу, щоб надати розуміння механізму, за допомогою якого PTPσ сигналізує про утворення зароджується синапсу. Ми виявили, що здатність PTPσ опосередковувати індукцію нових пресинаптичних ділянок через своїх канонічних транссинаптичних партнерів не залежить від його здатності дефосфорилювати мішені або зв'язувати HSPG, але він вимагає місця зв'язування для ліпріну-α. Наші результати також свідчать про те, що, на відміну від попередніх звітів, зв'язування між PTPσ та ліприном-α включає як домени D1, так і D2 PTPσ.

Матеріали і методи

Конструкції ДНК та вірусні вектори

Вектор pFB-shPTP, використовуваний для упаковки AAV6-shPTP, був створений на основі L315-shCtrlx4 (Gokce and Südhof, 2013), pFB-AAV-GFP-4xshRNA (Zhang et al., 2018) та послідовностей shRNA проти PTPσ (5 ′ -GGCATCATGGGTAGTGATT-3 ′), PTPδ [5′-GTGCCGGCTAGAAACTTGT-3 ′ (Dunah et al., 2005)] та LAR [5′-GGCCTACATAGCTACACAG-3 ′ (Mander et al., 2005)]. Ця плазміда була упакована в AAV6 компанією Virovek. AAV6-GFP-4xshRNA, названа тут shCtrl, була описана раніше (Zhang et al., 2018).

Раніше були описані наступні конструкції: HA-CD4, pLL-CFP (стійкий до shCtrl; Zhang et al., 2018), HA-TrkC та TrkC-CFP (обидві некаталітичні форми; Takahashi et al., 2011). HA-NGL-3 був створений на основі NGL-3-CFP (Siddiqui et al., 2013) шляхом вставки мітки HA (YPYDVPDYA) після сигнального пептиду та видалення С-кінця CFP, а V5-CD4 був створений з YFP -CD4 (Такахаші та ін., 2011), замінивши мітку YFP на V5 (GKPIPNPLLGLDST) після сигнального пептиду.