Molecular Mechanisms of Postsynaptic AMPA Receptor Localization

突触后 AMPA 受体定位的分子机制

基本信息

  • 批准号:
    9093834
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.44万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-09-26 至 2019-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): AMPAR and spine dysfunction or dysregulation underlies many CNS diseases including depression, autism, PTSD, epilepsy, and stroke-induced neuronal damage. Precise postsynaptic localization of AMPARs is critical for fast synaptic transmission. It depends on PSD-95 and its interaction with auxiliary AMPAR subunits called TARPs. Despite its central role in targeting AMPARs, it is unknown how PSD-95 itself is anchored at the postsynapse. Our preliminary data suggest that A) a-actinin binds to the first 13 residues of the N-terminus of PSD-95; B) knock-down (KD) of a-actinin reduces postsynaptic PSD-95 content and mEPSCs, the latter phenocopying KD of PSD-95; C) mutating either Lys10 or Lys11 to Glu (K10E, K11E) specifically impairs PSD- 95 binding to a-actinin and postsynaptic targeting of PSD-95 and of AMPARs; D) peptide PSD95(1-13) displaces PSD-95 from a-actinin; E) injection of PSD95(1-13) decreases mEPSC amplitude. We hypothesize that a-actinin is critical for postsynaptic anchoring of PSD-95 and thereby AMPAR-TARP complexes. Proving this hypothesis will fundamentally advance our understanding of postsynaptic AMPAR localization. A), B), and D) are final data. Aims 1 and 2 will further scrutinize C) and E), i.e., whether mutating K10E and K11E or injecting PSD95(1-13) affect synaptic PSD-95 and AMPAR taregting using fluorescence microscopy and mEPSC. NMR structural analysis will identify residues in a-actinin that are important for PSD-95 binding. KD of endogenous a-actinin and replacement with either WT or mutant a-actinin will show whether mutant a-actinin is not able to rescue the KD effect on PSD-95, in contrast to our rescue with WT a-actinin. Aim 3 is to test whether NMDA-induced Ca2+ influx displaces PSD-95 from a-actinin and thereby from postsynaptic sites along with AMPARs via calmodulin (CaM). We found that Ca2+/CaM binds to the N-terminus of PSD-95 to dislodge a-actinin. Our structural NMR analysis of a complex between Ca2+/CaM and the first 71 aa of PSD-95 identified Y12 in PSD-95 as critical for CaM binding. Mutating Y12 to Glu (Y12E) prevents Ca2+/CaM binding without affecting a-actinin binding or postsynaptic localization of PSD-95. NMDA-induced Ca2+ influx displaces a portion of WT but not Y12E PSD-95 from spines. In fact, Y12E exhibits a large increase rather than decrease in spines upon Ca2+ influx. We will test whether this mutation and other manipulations unmask a mechanism that leads to postsynaptic accumulation of PSD-95 and AMPARs rather than their decrease. Such a decrease is usually seen following 5 min NMDA treatment and is referred to as chemical LTD. This exciting new direction will elucidate how Ca2+ influx can cause LTD rather than LTP. Page 1
描述(由申请人提供):AMPAR和脊柱功能障碍或功能障碍是许多中枢神经系统疾病的基础,包括抑郁症,自闭症,PTSD,癫痫和中风引起的神经元损害。 AMPAR的精确突触后定位对于快速突触传播至关重要。它取决于PSD-95及其与称为TARPS的辅助AMPAR亚基的相互作用。尽管它在靶向AMPAR中的核心作用,但尚不清楚PSD-95本身如何锚定在后震荡之后。我们的初步数据表明a)a-肌动蛋白与PSD-95 N末端的前13个残基结合; b)a-肌动蛋白的敲低(KD)减少了突触后的PSD-95含量和MEPSC,后者的pSD-95 kD kD; c)将lys10或lys11突变为GLU(K10E,K11E)特异性损害了PSD-95与A-肌动蛋白和PSD-95和AMPARS的突触后靶向的结合; D)肽PSD95(1-13)从A-肌动蛋白中取代PSD-95; e)注射PSD95(1-13)会降低MEPSC振幅。我们假设A-肌动蛋白对于PSD-95的突触后锚定及其AMPAR-TARP复合物至关重要。证明这一假设将从根本上提高我们对突触后AMPAR定位的理解。 a),b)和d)是最终数据。目标1和2将进一步仔细检查c)和e),即是使用荧光显微镜和MEPSC进行突变的K10E和K11E或注射PSD95(1-13)影响突触的PSD-95和AMPAR对。 NMR结构分析将鉴定A-肌动蛋白中的残基对PSD-95结合很重要。与WT A-肌动蛋白营救相比,内源性A-肌动蛋白的KD和用WT或突变体A-肌动蛋白替代的KD将表明突变体A-肌动蛋白是否无法挽救KD对PSD-95的效应。 AIM 3是测试NMDA诱导的Ca2+流入是否从A-肌动蛋白中取代PSD-95,从而通过钙调蛋白(CAM)从突触后位点以及AMPAR以及AMPAR中取代PSD-95。我们发现Ca2+/CAM与PSD-95的N末端结合以消除A-肌动蛋白。我们对Ca2+/CAM与PSD-95的第一个71 AA之间的复合物的结构NMR分析,在PSD-95中识别为Y12对于CAM结合至关重要。将Y12突变为GLU(Y12E)可防止CA2+/CAM结合,而不会影响PSD-95的A-肌动蛋白结合或突触后定位。 NMDA诱导的Ca2+涌入的一部分是WT的一部分,而不是从棘突中取代Y12E PSD-95。实际上,Y12E在Ca2+流入时刺显示刺的大幅增长而不是减少。我们将测试该突变和其他操纵是否揭示导致PSD-95和AMPAR的突触后积累的机制,而不是减少。在5分钟NMDA处理后,通常会看到这种减少,并称为Chemical Ltd。这个令人兴奋的新方向将阐明CA2+流入如何引起LTD而不是LTP。第1页

项目成果

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数据更新时间:2024-06-01

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