PSD가 부족한 마우스 | 길림 패치 코드 그룹

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 16410(2015) 이 기사 인용

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단백질 유비퀴틴화는 신경 발달 및 기능의 다양한 측면에 중요한 영향을 미칩니다. Rnf19a로도 알려진 Dorfin은 근위축성 측삭 경화증 및 파킨슨병과 관련된 RING 핑거 E3 유비퀴틴 리가제이지만 생체 내 기능은 연구되지 않았습니다. 우리는 Dorfin이 흥분성 시냅스 후 비계 단백질 PSD-95의 새로운 결합 파트너임을 보고합니다. Dorfin 돌연변이 (Dorfin-/-) 마우스는 해마 치아 이랑에서 성체 신경 발생이 감소하고 장기 강화가 강화되었지만 CA1 영역에서는 정상적인 장기 강화를 나타냅니다. 행동적으로 Dorfin-/- 생쥐는 상황에 따른 공포 조건화 장애를 보이지만 단서 공포 조건화, 공포 소멸, 공간 학습 및 기억, 대상 인식 기억, 공간 작업 기억 및 패턴 분리에서는 정상적인 수준을 나타냅니다. 단백질체학 접근법을 사용하여 우리는 Dorfin-/- 뇌에서 유비퀴틴화 수준이 감소하는 여러 단백질을 식별합니다. 이러한 결과는 Dorfin이 성인의 신경 발생, 시냅스 가소성 및 상황에 따른 공포 기억을 조절할 수 있음을 시사합니다.

단백질 유비퀴틴화는 신경 발달과 기능의 다양한 측면을 조절합니다. 수백 개(생쥐와 인간의 경우 ~400~500개)에 달하는 E3 유비퀴틴 리가제는 단백질 유비퀴틴화 시스템의 핵심 구성 요소이며 기질 특이성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 단백질 유비퀴틴화는 26S 프로테아좀에 의한 단백질 분해를 일으키는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 축적된 증거에 따르면 단백질 기능 조절, 밀매 및 세포 내 위치 파악, 단백질-단백질 상호 작용과 같은 추가 기능도 제공하는 것으로 나타났습니다.

신경계의 단백질 유비퀴틴화는 신경 발생, 이동, 신경 발생 및 시냅스 발생을 포함한 다양한 단계의 신경 발달을 조절합니다. 또한, 시냅스 단백질의 유비퀴틴화는 시냅스 구조, 기능 및 가소성의 다양한 측면을 조절하는 것으로 생각됩니다. 시냅스 유비퀴틴화의 알려진 기질에는 스캐폴딩/어댑터 단백질, 수용체 및 신호 분자가 포함됩니다. 구체적인 예 및 관련 E3 리가제에는 PSD-95–Mdm26, GKAP/SAPAP–Trim37,8, Shank/ProSAP7, SPAR–βTRCP9,10, AKAP79/1507, Homer-1a11, CaMKIIα12, liprin-α1–APC/C13,14가 포함됩니다. , epexin-5–Ube3A15, Arc–Ube3a/Triad3a16,17, AMPA 수용체(AMPAR)–Nedd4-1/RNF167/APC/C14,18,19,20,21,22, NMDA 수용체(NMDAR)–Mib223, mGluR1α -Siah1A24,25, mGluR5-Siah1A25, GABAA 수용체(γ2 하위 단위)26,27, Munc13-1-Fbxo4528, RIM1-SCRAPPER29 및 Piccolo/Bassoon-Siah1A30.

RING 핑거 E3 유비퀴틴 리가제인 Dorfin은 원래 정자세포와 중심체31의 XY체 구성 요소로 확인되었습니다. Dorfin(생쥐에서 840개의 아미노산 길이)은 IBR(in-between ring) 도메인과 2개의 막횡단 도메인 측면에 있는 2개의 RING 도메인을 포함하지만, 단백질의 정확한 막 토폴로지는 잘 확립되어 있지 않습니다. 이전 연구에서는 Dorfin이 가족성 근위축성 측삭 경화증(ALS) 및 파킨슨병32,33,34,35,36,37,38,39,40과 관련이 있는 것으로 나타났습니다. ALS에서 Dorfin의 신경 보호 역할을 지원하기 위해 Dorfin은 ALS 관련 돌연변이 SOD1(초산화물 디스뮤타제 1) 단백질을 유비퀴틴화하고33 가족성 ALS 마우스 모델에서 과발현되면 돌연변이 SOD1 단백질의 양을 줄이고 신경학적 표현형과 운동을 억제합니다 신경세포사멸40. 그러나 단백질-단백질 상호 작용, 기질 단백질 및 기질 단백질 유비퀴틴화의 기능적 결과를 포함하여 정상적인 뇌에서 Dorfin의 기능에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 또한, Dorfin의 생체 내 기능은 유전자 녹아웃 접근법을 사용하여 탐구되지 않았습니다.

현재 연구에서 우리는 Dorfin이 풍부한 흥분성 시냅스 후 비계 단백질 PSD-95와 상호 작용한다는 것을 발견했습니다. Dorfin-/- 마우스는 치상회(DG)에서 억제된 성체 신경 발생 및 강화된 장기 강화(LTP) 및 손상된 상황별 공포 조절을 보여주며, 이는 Dorfin이 성체 신경 발생, 시냅스 가소성 및 학습 및 기억에 중요하다는 것을 시사합니다.

60%; ++, 30–60%;, +, 10–30%; −, no significant growth. (C) Pull down of full-length PSD-95 family proteins and control PDZ proteins (S-SCAM and GRIP2) by GST-Dorfin fusion proteins. GST-Dorfin (aa 834–840; WT and I840A), or GST alone, was used to bring down the indicated proteins expressed in HEK293T cells, followed by immunoblotting. (D,E) Coimmunoprecipitation of Dorfin with PSD-95 or SAP97. HEK293T cells doubly transfected with Flag-Dorfin (full length; WT or Δ3 missing the last three aa residues) and PSD-95, or SAP97, were immunoprecipitated (IP) with Flag antibodies and immunoblotted with the indicated antibodies./p>2.5 folds in the Dorfin−/− hippocampus relative to WT controls (see also Supplementary Table 1). Green circles indicate the proteins whose expression levels were tested by immunoblot of hippocampal lysates (see also Fig. 7H). (C–G) Dorfin forms a complex with five selected proteins from the list in Fig. 7B. HEK293 cells doubly expressing Myc-Dorfin and the indicated proteins were immunoprecipitated and immunoblotted with Myc or EGFP antibodies. Rab11b (C), NFM (D), PPP1CA (E), PPP1CB (F) and H2AFZ (G). Input, 5%. (H) Protein expression levels in the Dorfin−/− hippocampus (2–3 months) relative to those in WT controls, as determined by the immunoblot analysis of whole hippocampal lysates, the crude synaptosomal (P2) hippocampal fraction and microdissected whole DG lysates. (s.e.m., n = 3–6 for WT and KO hippocampi)./p>2.5 fold) in the Dorfin−/− brain relative to WT controls (Supplemental Table S1). These proteins could be classified into several functional groups, including adhesion molecules/extracellular matrix, adaptor/scaffolds, G protein-related proteins, phosphatases, proteases, enzymes and cell cycle/chromatin regulatory proteins (Fig. 7B)./p>2.5-fold in Dorfin−/− mice might provide some starting points. Indeed, many of these proteins are enriched in the postsynaptic density (PSD) and have been implicated in the regulation of excitatory synaptic transmission, synaptic plasticity and learning and memory (Supplemental Table S1). For example, Rab11a/b promotes translocation of recycling endosomes into dendritic spines and local exocytosis of GluA1 during LTP74,75,76,77. Therefore, Dorfin-dependent ubiquitination and degradation of Rab11a/b proteins would negatively regulate LTP. In addition, transgenic mice in which the signaling adaptors 14-3-3η and 14-3-3ζ are functionally inhibited by genetic expression of an inhibitor protein display reductions in synaptic content of NMDARs, NMDAR-mediated synaptic transmission, LTP and contextual fear conditioning78, suggesting that 14-3-3η and 14-3-3ζ positively regulate synaptic plasticity and learning and memory. Therefore, these functions may be suppressed by Dorfin-dependent 14-3-3 protein degradation./p>