シナプスと行動の可塑的変化におけるグリピカンの糖鎖修飾の役割

磷脂酰肌醇糖基化在突触和行为可塑性变化中的作用

• 批准号: 22K06138
• 负责人: 神村 圭亮
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K06138/
• 关键词: ヘパラン硫酸; プロテオグリカン; グリピカン; シナプス; シナプス可塑性; へパラン硫酸

ニューレキシンやグリピカンなどの細胞膜表面に局在するヘパラン硫酸プロテオグリカン (HSPG) は様々な分子と相互作用することでシナプス形成に深く関与する。またこれらの HSPG の異常が自閉症や統合失調症などの神経・精神疾患を引き起こすことが知られている。一方、シナプスにおいて HSPG が機能する上で複雑な構造を持つヘパラン硫酸 (HS) 鎖がどのような役割を果たすのかは良く分かっていない。一方、これまでの我々のショウジョウバエを用いた解析から、HSPG の一つであるグリピカン Dally-like (Dlp) が飢餓時に誘導されるシナプスの可塑的な形態変化と探餌行動に必要であることが判明している。そこで次にこのシナプスと行動の可塑的変化における Dlp の HS 鎖とその微細構造の役割に着目し解析を進めた。まず Dlp の HS 鎖の機能を明らかにするため、CRISPR-Cas9 を用いたゲノム編集により Dlp の全ての HS 付加部位 (セリン残基) をアラニンに置換した dlpΔHS 個体を作製した。シナプス及び行動の可塑的変化における Dlp の HS 鎖の役割を調べるため、 dlpΔHS 個体における飢餓依存的なシナプス終末の形成及び幼虫の探餌行動を調べた。その結果、dlpΔHS 個体においては dlp 欠失個体と同様に飢餓状態においてもシナプス終末の数及び幼虫の移動速度が増加しないことが判明した。この結果から Dlp がシナプス及び行動の可塑的変化において HS 鎖を介して機能することが示された。

硫酸乙酰肝素蛋白聚糖 (HSPG)，例如神经毒素和磷脂酰肌醇聚糖，位于细胞膜表面，通过与各种分子相互作用，深入参与突触形成。人们还知道，这些 HSPG 的异常会导致神经和精神疾病，例如自闭症和精神分裂症。另一方面，具有复杂结构的硫酸乙酰肝素 (HS) 链在突触 HSPG 功能中的作用尚不清楚。另一方面，我们之前使用果蝇进行的分析表明，HSPG 之一的磷脂酰肌醇蛋白聚糖 (Dlp) 是饥饿期间诱导的突触可塑性形态变化和觅食行为所必需的。因此，我们接下来重点分析 Dlp 的 HS 链及其精细结构在突触和行为的可塑性变化中的作用。首先，为了阐明Dlp的HS链的功能，我们创建了dlpΔHS个体，其中Dlp的所有HS添加位点（丝氨酸残基）通过使用CRISPR-Cas9的基因组编辑被替换为丙氨酸。为了研究 Dlp 的 HS 链在突触和行为可塑性变化中的作用，我们研究了 dlpΔHS 个体的饥饿依赖性突触末端形成和幼虫觅食行为。结果发现，在dlpΔHS个体中，即使在饥饿条件下，突触末端的数量和幼虫的移动速度也没有像dlp缺失个体中那样增加。这些结果表明 Dlp 通过 HS 链发挥作用，改变突触和行为的可塑性。

项目成果

(公財)東京都医学総合研究所 脳神経回路形成プロジェクト

东京都医学科学研究所脑神经回路形成项目