Synapsyna II jest członkiem rodziny fosfoprotein neuronalnych. Te fosfoprotein są ewolucyjnie konserwowane w wielu organizmach i są ważne w różnych funkcjach synaptycznych, w tym w synaptogenezie i regulacji uwalniania neuroprzekaźników. regulację uwalniania neuroprzekaźników. Szereg badań obejmujących cały genom, metaanaliz i badań podatności genetycznej powiązało gen synapsyny II (3p25) w etiologii schizofrenii (SZ) i innych zaburzeń psychicznych. psychiatrycznych. Dalsze badania wykazały zmniejszenie mRNA i białka synapsyny II białka w korze przedczołowej w próbkach pośmiertnych od pacjentów ze schizofrenią. pacjentów ze schizofrenią. Zaburzenia ekspresji tego genu mogą powodować dysfunkcję synapsy dysfunkcję synaptyczną, co może skutkować zaburzeniami równowagi neuroprzekaźników, prawdopodobnie przyczyniając się do patogenezy SZ. SZ jest kosztowną, wyniszczającą chorobą psychiatryczną psychiatryczną dotykającą około 1,1% światowej populacji, czyli 51 milionów ludzi. milionów ludzi. Zaburzenie charakteryzuje się objawami pozytywnymi (halucynacje, (halucynacje, paranoja), negatywne (wycofanie społeczne, brak motywacji) i poznawcze (zaburzenia pamięci, deficyty uwagi). (zaburzenia pamięci, deficyty uwagi). Niniejszy przegląd zawiera kompleksowe podsumowanie struktury, funkcji i zaangażowania rodziny synapsyn, w szczególności rodziny synapsyn, w szczególności synapsyny II, w patofizjologii SZ oraz możliwy cel interwencji terapeutycznej / implikacji. --- Synapsyna jest ewolucyjnie konserwowaną presynaptyczną fosfoproteiną. Jest kodowana tylko przez jeden gen w genomie Drosophila i ulega ekspresji w całym układzie nerwowym. układzie nerwowym. Reguluje równowagę między pęcherzykami rezerwowymi i uwalnianymi pęcherzykami, jest wymagana do utrzymania transmisji przy dużym zapotrzebowaniu i jest jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania pamięci na poziomie behawioralnym. Funkcje sensomotoryczne funkcje sensomotoryczne pozostają jednak nienaruszone w przypadku braku synapsyny. Używając paradygmat uczenia się asocjacyjnego nagrody zapachowo-cukrowej u larwalnych Drosophila, pokazujemy że wyniki pamięci u mutantów pozbawionych synapsyny (syn(97)) są niższe niż u zwierzęta typu dzikiego tylko wtedy, gdy bardziej istotne, wyższe stężenia zapachu lub używane są nagrody cukrowe. Ponadto pokazujemy, że synapsyna jest selektywnie wymagana dla larwalnej pamięci krótkotrwałej. Tak więc, bez synapsyny larwy Drosophila mogą się uczyć i zapamiętywać, ale Synapsin jest wymagany do tworzenia wspomnień, które pasują do siła do istotności zdarzenia - w szczególności do wysokiej istotności zapachów, nagród nagrody lub istotnej aktualności zdarzenia. Dalej pokazujemy, że szczątkowe wyniki pamięci po braku synapsyny nie są dalej zmniejszane przez dodatkowe brak białka Sap47. W połączeniu z danymi spektrometrii masowej pokazującymi regulowaną w górę fosforylację synapsyny w larwalnym układzie nerwowym po brak Sap47, sugeruje to funkcjonalną współzależność Synapsyny i Sap47. --- Synapsyna III (SynIII) jest fosfoproteiną, która ulega silnej ekspresji na wczesnych etapach rozwoju neuronów. etapach rozwoju neuronów. Podczas gdy dowody in vitro sugerują rolę SynIII w różnicowaniu neuronów, brakuje dowodów in vivo. Tutaj że in vivo obniżenie ekspresji SynIII wpływa na migrację i orientację neuronów. migrację i orientację neuronów. Natomiast nadekspresja SynIII wpływa na migrację neuronów, ale nie na orientację. migrację neuronów, ale nie orientację. Identyfikujemy miejsce fosforylacji kinazy zależnej od cyklin-5 (CDK5) na SynIII i miejsce fosforylacji na SynIII i wykorzystujemy eksperymenty ratunkowe z fosfomutantami, aby wykazać jego rolę w funkcji SynIII. Na koniec pokazujemy, że fosforylacja SynIII w miejscu CDK5 jest indukowana przez aktywację szlaku semaforyny-3A (Sema3A), która jest zaangażowana w migrację i orientację korowych neuronów piramidalnych (PN). neuronów piramidalnych (PN) i wiadomo, że aktywuje CDK5. Tak więc, precyzyjne dostrojenie ekspresji SynIII i fosforylacji przez aktywację CDK5 poprzez aktywność Sema3A jest niezbędna dla prawidłowej migracji i orientacji neuronów. --- Niekorzystne wydarzenia życiowe mogą wywoływać dwa rodzaje pamięci o przeciwnej wartości, zależne od czasu: "negatywne" wspomnienia dotyczące bodźców je poprzedzających i "pozytywne" wspomnienia bodźców doświadczanych w momencie "ulgi". Taka Pamięć kary i pamięć ulgi występują u owadów, szczurów i ludzi. Na przykład Na przykład muszki owocowe (Drosophila melanogaster) unikają zapachu po treningu szoku zapachowego ("warunkowanie do przodu"). ("warunkowanie do przodu" zapachu), podczas gdy po treningu szok-zapach ("warunkowanie wsteczne" zapachu) zbliżają się do niego. Czy te procesy asocjacyjne zależne od czasu mają wspólne determinanty molekularne? Skupiamy się na roli synapsyny, konserwowanej presynaptycznej fosfoproteiny regulującej między pulą rezerwową a łatwo uwalnianą pulą pęcherzyków synaptycznych. pęcherzyków synaptycznych. Stwierdziliśmy, że brak synapsyny nie wpływa na zdolności sensoryczne i motoryczne związane z zadaniem. i motoryczne. W przeciwieństwie do tego, zarówno pamięć kary, jak i pamięć ulgi są zmniejszone. Wady te odzwierciedlają prawdziwe osłabienie pamięci asocjacyjnej pamięci asocjacyjnej, ponieważ zniekształcenia w przetwarzaniu nieasocjacyjnym (np. podatność na obsługa, adaptacja, habituacja, uczulenie), zdolność dyskryminacji i można wykluczyć jako alternatywne wyjaśnienia. alternatywne wyjaśnienia. Zmniejszenie siły pamięci kary i ulgi są również obserwowane po znokautowaniu Synapsyny za pośrednictwem RNAi i są ratowane zarówno przez ostre przywrócenie synapsyny, jak i przez lokalne przywrócenie jej w ciałach grzybów zmutowanych muszek. ciała zmutowanych much. Tak więc zarówno pamięć kary, jak i pamięć ulgi wymagają białka Synapsin i w tym sensie mają wspólne determinanty genetyczne i molekularne. Zauważamy, że odpowiednie podobieństwa molekularne między pamięcią kary i pamięcią ulgi u ludzi i pamięcią ulgi u ludzi ograniczyłyby farmakologiczne próby selektywnego ingerować w nadmierne asocjacyjne wspomnienia kary, np. po traumatycznych doświadczeniach. traumatycznych doświadczeniach. --- Synapsyna III (SynIII) jest specyficzną dla neuronów fosfoproteiną, która odgrywa wyjątkową rolę w rozwoju neuronów. rolę w rozwoju neuronów. SynIII jest fosforylowana przez kinazę białkową zależną od cAMP kinazę białkową zależną od cAMP (PKA) w wysoce konserwatywnym miejscu fosforylacji oraz przez cyklinozależną kinazę cyklinozależną-5 (Cdk5) w nowo opisanym miejscu. Chociaż wiadomo, że SynIII jest zaangażowany w wydłużanie aksonów in vitro, rola jego fosforylacji przez PKA i Cdk5 w modulacji tego procesu jest nieznana. Eksprymowaliśmy albo typ dziki (WT) lub mutanty miejsca fosforylacji SynIII w pierwotnych neuronach myszy SynIII knock-out (KO) na wczesnych etapach rozwoju in vitro. Podczas gdy fenotyp wydłużania neurytu wydłużania neurytów neuronów SynIII KO został w pełni uratowany przez ekspresję WT SynIII, ekspresja niefosforylowanych i pseudofosforylowanych mutantów PKA była nieskuteczna. Również niefosforylujący mutant Cdk5 nie był w stanie uratować fenotypu wydłużania neurytów neuronów SynIII KO. Natomiast pseudofosforylowany mutant ratował opóźnienie w dojrzewaniu neuronów i wydłużaniu aksonów. aksonów, ujawniając zależną od Cdk5 regulację funkcji SynIII. Co ciekawe, neurony SynIII KO wykazywały również zmniejszoną przeżywalność, która była w pełni uratowane przez ekspresję WT SynIII, ale nie przez jego mutanty fosforylacji mutantów fosforylacji i było związane ze zwiększoną aktywacją kaspazy3 i zmienioną ekspresją izoformy B receptora tropomiozyny. Wyniki te wskazują, że fosforylacja PKA i Cdk5 jest wymagana do fizjologicznego działania SynIII na specyfikację aksonów i wzrost neurytów oraz że ekspresja SynIII jest kluczowa dla przeżycia komórek. Znaczenie: Synapsyna III jest nietypowym członkiem rodziny synapsyn związanych z pęcherzykami synaptycznymi fosfoprotein, które ulegają przedwczesnej ekspresji w neuronach i są później regulowane w dół. później. Chociaż dowody eksperymentalne sugerują specyficzną rolę synapsyny III w rozwoju neuronów, mechanizmy molekularne są nadal w dużej mierze nieznane. Odkryliśmy, że Synapsyna III odgrywa centralną rolę we wczesnych etapach rozwoju neuronów rozwoju neuronów obejmujących przeżycie neuronów, polaryzację i wzrost neurytów oraz że efekty te są zależne od fosforylacji przez białko zależne od cAMP kinazę białkową zależną od cAMP i kinazę białkową zależną od cyklin-5. Wyniki te wyjaśniają niedawno opisane wady neurorozwojowe w migracji i orientacji neuronów korowych pozbawionych synapsyny III i wspierają potencjalne powiązanie Synapsyny III z zaburzeniami neurorozwojowymi, takimi jak schizofrenia. --- Wiele białek endocytarnych gromadzi się w rezerwowej puli pęcherzyków synaptycznych (SV) w synapsach i relokalizuje się do endocytarnej strefy peryaktywnej podczas (SV) w synapsach i relokalizuje się do endocytarnej strefy periaktywnej podczas uwalniania neuroprzekaźnika uwalniania neuroprzekaźnika. Obecnie niewiele wiadomo na temat ich funkcji poza strefą periaktywną. Tutaj pokazujemy, że w złączu nerwowo-mięśniowym Drosophila (NMJ), endocytarne białko rusztowania Dap160 kolokalizuje się podczas cyklu SV i tworzy funkcjonalny kompleks z fosfoproteiną związaną z SV synapsyną, wcześniej zaangażowaną w tworzenie klastrów SV. Ta bezpośrednia interakcja jest silnie wzmocniona w warunkach sprzyjających fosforylacji i jest niezbędna dla prawidłowej lokalizacji synapsyny w NMJ. W mutancie ratunkowym dap160 pozbawionym interakcji między Dap160 i synapsyną, obserwuje się zaburzone ponowne grupowanie SVs podczas aktywności synaptycznej. Nasze dane wskazują, że oprócz funkcji funkcji w endocytozie, Dap160 jest składnikiem sieci interakcji białko-białko interakcji, która służy do grupowania SV w połączeniu z synapsyną. Podczas cyklu SV, Dap160 oddziałuje z synapsyną rozproszoną z SV i pomaga kierować synapsynę z powrotem do pęcherzyków. Białka działają synergistycznie, aby osiągnąć wydajne grupowanie SV w puli rezerwowej. ZNACZENIE: Dostarczamy pierwszych dowodów na funkcję interakcji domeny SH3 w organizacji pęcherzyków synaptycznych (SV) w aktywnej strefie synaptycznej. aktywnej strefie. Wykorzystując złącze nerwowo-mięśniowe Drosophila jako model synapsy, opisujemy mechanizm molekularny umożliwiający opisujemy mechanizm molekularny, który umożliwia białku zaangażowanemu w klastrowanie SV synapsyna, powrót do puli pęcherzyków podczas uwalniania neuroprzekaźnika. neuroprzekaźnika. Identyfikujemy również kompleks rusztowania endocytarnego, który obejmuje Dap160 jako regulator zdarzeń łączących egzocytozę i endocytozę w synapsach. --- Synapsyny jako rodzina presynaptycznych fosfoprotein terminalnych uczestniczą w rozwoju neuronów rozwoju neuronów, ale ich rola w plastyczności synaptycznej kory wzrokowej jest niejasna. jest niejasna. W tym badaniu wpływ deprywacji jednoocznej (MD) na dynamiczne zmiany ekspresji białka specyficznego dla izoformy i fosforylacji miejsca 1 synapsyn w korze wzrokowej myszy postnatalnych zaobserwowano przy użyciu techniki analizy techniką analizy Western blot. Wyniki wykazały, że całkowity (T-) białek synapsyn, w tym izoformy Ia/b, IIa/b i IIIa wynosiły około 21-26% poziomu dorosłego w korze wzrokowej myszy w 7 dniu po urodzeniu (P7), a następnie T-synapsyna Ia/b i IIb mogły szybko osiągnąć poziom dorosły w P35. Jednak poziom synapsyny T IIa i IIIa wzrastał wolniej (71-74% w P35), a następnie wzrastał w korze wzrokowej. a następnie wzrastały w korze wzrokowej myszy w P60. W przeciwieństwie do zmian synapsyny T, poziom fosforylowanej (P-) synapsyny Ia/b (nie IIa/b i IIIa) w miejscu 1 wzrastał wraz z rozwojem do najwyższego poziomu w P21, a następnie gwałtownie spadł do niskiego poziomu w korze wzrokowej myszy w P35-60. Ponadto Ponadto stwierdziliśmy, że poziomy P-synapsyny Ia / b znacznie wzrosły w lewa kora wzrokowa myszy P28 i P35 (nie P21 i P42) z 1-tygodniowym MD prawego oka oka; i nie zaobserwowano znaczących zmian synapsyny T zarówno w lewej, jak i prawej stronie kory wzrokowej u myszy P21-42 leczonych MD. Wyniki te sugerowały, że specyficzna dla izoformy ekspresja białka i fosforylacja miejsca-1 fosforylacji synapsyn może odgrywać inną rolę w plastyczności synaptycznej kory wzrokowej. plastyczność kory wzrokowej, a MD opóźnia dynamiczne zmiany fosforylowanej synapsyny Ia/b w miejscu-1 w kontralateralnej korze wzrokowej młodych myszy. --- Głównymi cechami neuropatologicznymi choroby Parkinsona są zwyrodnienie neuronów dopaminergicznych zwyrodnienie neuronów nigrostriatalnych oraz wewnątrzneuronalne i wewnątrzneuronalne wtręty białkowe zwane odpowiednio ciałkami Lewy'ego i neurytami Lewy'ego. białkowe inkluzje nazywane odpowiednio ciałkami Lewy'ego i neurytami Lewy'ego, które zawierają głównie α-synukleinę (α-syn, znaną również jako SNCA). Fosfoproteina neuronalna fosfoproteina synapsyna III (znana również jako SYN3), jest kluczowym regulatorem funkcji synaptycznej neuronów dopaminowych. funkcji synaptycznej neuronów dopaminowych. Tutaj pokazujemy, że α-syn oddziałuje z synapsyną III i ją moduluje. moduluje synapsynę III. Brak α-syn powoduje selektywny wzrost i redystrybucję synapsyny III. redystrybucję synapsyny III i zmienia organizację pęcherzyków synaptycznych w neuronach dopaminergicznych. U myszy α-syn-null, zmiany synapsyny III indukują zwiększoną odpowiedź lokomotoryczną na stymulację zależnego od synapsyny przepełnienie dopaminy, mimo to myszy te wykazują zmniejszoną podstawową i zależne od depolaryzacji uwalnianie dopaminy w prążkowiu. Warto zauważyć, że synapsyna III wydaje się być zaangażowanym w agregację α-syn, która również powoduje jej wzrost i redystrybucję. redystrybucję. Co więcej, synapsyna III gromadzi się w ogonie i skorupie osób z chorobą Parkinsona. Odkrycia te potwierdzają wzajemne modulująca interakcja α-syn i synapsyny III w regulacji dopaminy funkcji synaptycznej neuronów dopaminergicznych.
Czy synapsyna jest fosfoproteiną?
Tak, synapsyna jest zachowaną ewolucyjnie presynaptyczną fosfoproteiną.