Neuroligina - Neuroligin
| Neuroligina | |
|---|---|
 Trzeciorzędowa struktura Neuroligin 4.
| |
| Identyfikatory | |
| Symbol | Neuroligina |
| InterPro | IPR000460 |
| Membrana | 72 |
| neuroligina 1 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||
| Symbol | NLGN1 | ||||||
| Gen NCBI | 22871 | ||||||
| HGNC | 14291 | ||||||
| OMIM | 600568 | ||||||
| RefSeq | NP_055747 | ||||||
| UniProt | Q8N2Q7 | ||||||
| Inne dane | |||||||
| Umiejscowienie | Chr. 3 q26.31 | ||||||
| |||||||
| neuroligina 2 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||
| Symbol | NLGN2 | ||||||
| Gen NCBI | 57555 | ||||||
| HGNC | 14290 | ||||||
| OMIM | 606479 | ||||||
| RefSeq | NP_065846 | ||||||
| UniProt | Q8NFZ4 | ||||||
| Inne dane | |||||||
| Umiejscowienie | Chr. 17 s13.1 | ||||||
| |||||||
| neuroligina 3 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||
| Symbol | NLGN3 | ||||||
| Gen NCBI | 54413 | ||||||
| HGNC | 14289 | ||||||
| OMIM | 300336 | ||||||
| RefSeq | NP_001160132 | ||||||
| UniProt | Q9NZ94 | ||||||
| Inne dane | |||||||
| Umiejscowienie | Chr. X q13.1 | ||||||
| |||||||
| neuroligina 4X | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identyfikatory | |||||||
| Symbol | NLGN4X | ||||||
| Gen NCBI | 57502 | ||||||
| HGNC | 14287 | ||||||
| OMIM | 300427 | ||||||
| RefSeq | NP_065793 | ||||||
| UniProt | Q8N0W4 | ||||||
| Inne dane | |||||||
| Umiejscowienie | Chr. X p22.32-22.31 | ||||||
| |||||||
Neuroligina ( NLGN ) , białko błonowe typu I , jest białkiem adhezyjnym komórek na błonie postsynaptycznej , które pośredniczy w tworzeniu i utrzymaniu synaps między neuronami . Neuroliginy działają jako ligandy dla β-neureksyn , które są białkami adhezyjnymi komórek zlokalizowanymi presynaptycznie. Neuroligina i β-neureksyna „podają sobie ręce”, co skutkuje połączeniem dwóch neuronów i wytworzeniem synapsy. Neuroliginy wpływają również na właściwości sieci neuronowych poprzez określanie funkcji synaptycznych i pośredniczą w sygnalizacji poprzez rekrutację i stabilizację kluczowych komponentów synaptycznych. Neuroliginy oddziałują z innymi białkami postsynaptycznymi w celu zlokalizowania receptorów i kanałów neuroprzekaźników w gęstości postsynaptycznej w miarę dojrzewania komórki. Dodatkowo, neuroliginy ulegają ekspresji w ludzkich tkankach obwodowych i stwierdzono, że odgrywają rolę w angiogenezie . U ludzi zmiany w genach kodujących neuroliginy mają związek z autyzmem i innymi zaburzeniami poznawczymi .
Struktura
Neuroliginy wiążą się za pomocą Ca2 + z domenami LNS α-neureksyny (laminina, neureksyna i jednostki fałdujące podobne do globulin wiążących hormony płciowe) oraz z domeną LNS β-neureksyny, która następnie ustanawia heterofilny transsynaptyczny kod rozpoznawczy. Poprzez obserwację struktury krystalicznej neuroliginy-1 ustalono, że neuroligina-1 tworzy dimer białka, gdy dwa monomery neureksyny-1 beta wiążą się z dwiema przeciwległymi powierzchniami neuroliginy-1. Tworzy to heterotetramer, który zawiera interfejs do wiązania Ca2 + . Oddziaływanie neuroliginy i neureksyny z utworzeniem heterotetrameru jest monitorowane przez miejsca o alternatywnym splicingu zlokalizowane w pobliżu granicy wiązania dla Ca2 + zarówno w neuroliginie-1, jak i neureksynie-1 beta. Następnie potwierdzono obecność natywnych dimerów neuroliginy w neuronach poprzez detekcję biochemiczną, która obejmowała heterodimery złożone z różnych gatunków neuroliginy, zwiększając potencjalną heterogeniczność endogennych kompleksów rdzeniowych dimerów neuroliginy.
Zewnątrzkomórkowej domeny z NLGN składa się głównie z regionu, który jest homologiczny do acetylcholinesterases , ale aminokwasom ważne dla katalizy acetylocholinoesterazy nie są zachowane w NLGN, w których brak esterazy aktywność. Co więcej, ten homologiczny region AChE ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania NLGN.
Genetyka
Neuroliginy zidentyfikowano zarówno u kręgowców, jak i bezkręgowców, w tym ludzi, gryzoni, kurczaków, Drosophila melanogaster , Caenorhabditis elegans , pszczół miodnych i Aplysia . U myszy i szczurów odkryto trzy geny odpowiedzialne za ekspresję neuroliginy, podczas gdy ludzie wyrażają pięć genów. Drosophila ekspresjonuje cztery geny, pszczoły miodne ekspresjonują pięć genów, a zarówno C. elegans, jak i Aplysia ekspresjonują jeden gen neuroliginy.
Znane geny neuroliginy u Homo sapiens obejmują NLGN1 , NLGN2 , NLGN3 , NLGN4X i NLGN5 (znane również jako NLGN4Y). Stwierdzono, że każdy gen ma unikalny wpływ na transmisję synaptyczną.
Wyrażenie
Ekspresja neuroligin może różnić się między gatunkami. Neuroligina 1 jest eksprymowana specyficznie w OUN w synapsach pobudzających. U ludzi ekspresja neuroliginy 1 jest niska przed urodzeniem i wzrasta między 1-8 dniem po urodzeniu i utrzymuje się na wysokim poziomie przez całe życie. Ten pourodzeniowy wzrost podczas aktywnej synaptogenezy odpowiada zwiększonej ekspresji postsynaptycznego białka gęstości 95 (PSD-95). Neuroligin 2 koncentruje się głównie w hamujących synapsach w OUN, ale u myszy i ludzi może również ulegać ekspresji w tkankach, takich jak trzustka, płuca, śródbłonek, macica i okrężnica. Neuroligina 3 jest wyrażana w neuronach OUN, jak również w różnych komórkach glejowych u myszy i szczurów oraz mózgu, sercu, mięśniach szkieletowych, łożysku i trzustce u ludzi. Neuroligina 4X, występująca tylko u ludzi, jest wyrażana w sercu, wątrobie, mięśniach szkieletowych, trzustce i na niskim poziomie w mózgu. Neuroligina 5 (lub 4Y), zlokalizowana na chromosomie Y, różni się jedynie 19 aminokwasami od neuroliginy 4X. mRNA neuroliginy jest obecne w ludzkich komórkach śródbłonka z dużych naczyń krwionośnych oraz w zwojach korzenia grzbietowego .
Splicing alternatywny
Splicing alternatywny , modyfikacja zachodząca po transkrypcji mRNA, reguluje selektywność wiązania neuroligin z α- lub β-neureksynami oraz funkcję synaps. Splicing alternatywny w neuroliginach występuje w głównej domenie funkcjonalnej, regionie homologicznym dla acetylocholinesterazy. Ponieważ neuroligina ma dwa konserwatywne miejsca składania w tym regionie, miejsca A i B, dla każdego genu neuroliginy możliwe są do czterech różnych izoform . Neureksyny również podlegają alternatywnemu splicingowi, a niektóre warianty splicingu neuroligin i neureksyn są bardziej selektywne względem siebie. Specyficzne parowanie wariantów splicingowych wpływa również na funkcję synaptyczną. Na przykład, neuroliginy pozbawione wstawki splicingowej B i β-neureksyny z wstawką S4 sprzyjają różnicowaniu hamujących synaps GABAergicznych. Z drugiej strony neuroliginy ze wstawką B i β-neureksyny bez wstawki S4 sprzyjają różnicowaniu synaps pobudzających, glutaminergicznych. Wstawka A może promować lokalizację i funkcję neuroliginy w synapsach hamujących, ale mechanizmy są nieznane.
Aktywność z neureksyną
Neurexin i neuroligin współpracują ze sobą, aby zebrać i utrzymać składniki cytoszkieletu potrzebne do lokalizacji pęcherzyków synaptycznych. Neureksyna jest niezbędna do zawierania bramkowanych napięciem kanałów Ca2 + , które są niezbędne do uwalniania pęcherzyków, podczas gdy neuroligina wiąże neureksynę w celu zlokalizowania niezbędnych receptorów neuroprzekaźników i białek do postsynaptycznej specjalizacji. W miejscu postsynaptycznym neuroliginy są połączone w sieć ze wyspecjalizowanymi białkami, które stymulują specyficzne receptory i kanały neuroprzekaźników do gęstego zajmowania wyspecjalizowanych regionów terminala postsynaptycznego podczas dojrzewania synapsy. Ponieważ wszystkie rozwijające się synapsy zawierają neureksyny i neuroliginy, rozwijające się komórki mogą tworzyć wiele różnych połączeń z innymi komórkami.
Tworzenie synaps
Neuroligina jest wystarczająca do utworzenia nowych funkcjonalnych zakończeń presynaptycznych in vitro. Jednak dowody sugerują, że dodatkowe cząsteczki adhezyjne, takie jak białka z domeny immunoglobulin i rodziny kadheryn, pośredniczą w początkowym kontakcie między aksonami i dendrytami w synapsie. Neureksyny i neuroliginy wzmacniają kontakt.
Oprócz selektywności wariantów splicingowych, poziom neuroligin, neureksyn i innych oddziałujących białek obecnych na błonach pre- i postsynaptycznych wpływa na różnicowanie i równowagę synaps. Ponieważ synapsy powstają podczas synaptogenezy , dzielą się na jedną z dwóch kategorii: pobudzającą lub hamującą. Synapsy pobudzające zwiększają prawdopodobieństwo odpalenia potencjału czynnościowego w neuronie postsynaptycznym i często są synapsami glutaminianergicznymi , czyli synapsami, w których uwalniany jest neuroprzekaźnik glutaminianowy. Synapsy hamujące zmniejszają prawdopodobieństwo wystrzelenia potencjału czynnościowego w neuronie postsynaptycznym i są często GABAergiczne , w których uwalniany jest neuroprzekaźnik GABA. Zwłaszcza we wczesnym okresie rozwoju neurony muszą otrzymywać odpowiednią równowagę pomiędzy pobudzającym a hamującym wejściem synaptycznym, określanym jako stosunek E/I. W rzeczywistości uważa się, że brak równowagi w stosunku E/I jest związany z zaburzeniami ze spektrum autyzmu.
Neuroligin 1 lokalizuje się w synapsach pobudzających, neuroligin 2 w synapsach hamujących, a neuroligin 3 w obu. Zmniejszenie poziomów neuroligin 1, 2 i 3 powoduje silne zmniejszenie bodźca hamującego, ale niewielkie zmniejszenie bodźca pobudzającego. Ponadto Neuroligins oddziałuje z PSD-95 , wewnątrzkomórkowym białkiem, które zakotwicza białka synaptyczne w postsynaptycznej gęstości synaps pobudzających, oraz z gefiryną , odpowiednim białkiem tworzącym rusztowanie hamujących postsynaps . Ponadto neuroligina 2 i 4 specyficznie oddziałują z kolibistyną, białkiem regulującym lokalizację gefiryny. Poziom PSD-95 wydaje się wpływać na równowagę bodźców pobudzających i hamujących. Wzrost stosunku PSD-95 do neuroliginy skutkował wzrostem stosunku E/I, a spadek stosunku PSD-95/neuroligina miał odwrotny skutek. Ponadto nadekspresja PSD-95 przekierowuje neuroliginę-2 z synaps pobudzających na hamujące, wzmacniając bodźce pobudzające i zmniejszając bodźce hamujące. Te interakcje neuroliginy, neureksyny i oddziałujących białek, takich jak PSD-95, wskazują na potencjalny mechanizm regulacyjny, który kontroluje rozwój i równowagę synaps pobudzających i hamujących, rządzony przez mechanizmy homeostatycznego sprzężenia zwrotnego.
Znaczenie kliniczne
Dysfunkcja neuroliginy została powiązana z zaburzeniami ze spektrum autyzmu . Różne modyfikacje genetyczne wykryto genów neuroligin u pacjentów z autyzmem, w tym mutacje punktowe , mutacje missens i delecje wewnętrzne . W badaniach przeprowadzonych na członkach rodziny z autyzmem sprzężonym z chromosomem X zidentyfikowano specyficzne mutacje NLGN3 i NLGN4. Wykazano, że te mutacje wpływają na funkcjonowanie neuroligin i zakłócają transmisję synaptyczną. 19 z 69 znanych białek zmutowanych w autyzmie sprzężonym z chromosomem X koduje białka postsynaptyczne, w tym Neuroligins.
Dodatkowo, matczyne przeciwciała przeciwko neuroliginie NLGN4Y z chromosomu Y są zaangażowane w rozwój męskiej homoseksualności u płodu.
Mutacje NLGN3
Zmutowany gen NLGN3, R451C, został sklonowany. Wykazano, że mutant powoduje wadliwe przemieszczanie neuroliginy i zatrzymywanie zmutowanego białka w retikulum endoplazmatycznym. Mała ilość zmutowanego białka, która dotarła do błony komórkowej, wykazywała zmniejszoną aktywność wiązania neureksyny-1, zgodną z utratą funkcji. Zmutowany gen został sklonowany i wprowadzony do myszy, co skutkowało zaburzeniami interakcji społecznych, zwiększonymi zdolnościami uczenia się przestrzennego i zwiększoną hamującą transmisją synaptyczną. Usunięcie NLGN3 nie wywołało tych efektów, co wskazuje, że R451C jest mutacją polegającą na nabyciu funkcji. Potwierdza to twierdzenie, że zwiększona hamująca transmisja synaptyczna może przyczyniać się do zaburzeń ze spektrum autyzmu u ludzi.
Mutacje NLGN4
Mutacje w NLGN4 wykryto również u osób z autyzmem sprzężonym z chromosomem X. Stwierdzono, że mutacja 1186T z przesunięciem ramki odczytu powoduje wczesny kodon stop i przedwczesne skrócenie białka. Mutacja ta powoduje wewnątrzkomórkową retencję zmutowanych białek, prawdopodobnie powodując upośledzenie funkcji cząsteczki adhezyjnej komórek synaptycznych i modyfikując wiązanie białka neuroliginy z jego presynaptycznymi partnerami, neureksynami, zaburzając w ten sposób podstawową funkcję synaptyczną. Inne mutacje NLGN4 znalezione w związku z zaburzeniami ze spektrum autyzmu obejmują delecję 2 pz 1253delAG w genie NLGN4, która powoduje przesunięcie ramki odczytu i przedwczesny kodon stop. Inną mutacją jest hemizygotyczna delecja w genie NLGN4 obejmująca eksony 4, 5 i 6. Przewidywano, że delecja 757 kb spowoduje powstanie istotnie skróconego białka.