影响兴奋性突触发育的新机制

影响兴奋性突触发育的新机制 影响兴奋性突触发育的新机制 Matthew B.Dalva Cell 143,341-342,October 29,2010 突触数目和形态的改变与重度精神病和神经疾病有关。Margolis等在本期Cell展示了RhoA--鸟嘌呤交换因子(GEF)Ephexin5限制神经元接受兴奋性突触的数目，从而鉴定了一种控制突触发生的新机制。 神经元之间交流的解剖和功能基础是突触，它是一个细胞与细胞接触的特殊位点。突触由前突触端(有充满神经递质的囊泡)和含有受体的后突触端组成。过去10年间的工作证实若干跨越突触粘着蛋白在突触形成过程中有重要作用，其中较为重要的是受体酪氨酸激酶的EphB家族。正常数量的兴奋突触的形成需要EphB，它通过控制丝足移动性介导在特定发育时期中这些连接的形成。尽管已有人描述了在突触形成中的若干正调节因子，但我们对阻止神经元产生过量接触的因子了解甚少。Margolis等在本期Cell发的重要综合性论文表明，RhoA-鸟嘌呤交换因子(GEF)Ephexin5(也称为Vsm-Rho-GEF)可限制EphB2的突触发生活性，从而限制突触形成。EphB2又可通过E3连接酶Ube3A促使Ephexin5降解从而限制其活性，解除对突触形成的限制。值得注意的是，在称为安格曼综合症的神经遗传认知疾病中，Ube3A基因有缺陷，这种疾病在新生儿中发生率为万分之一。 在神经元膜之间只有少量接触产生解剖学意义的突触结构，说明除了产生突触的机制，神经元必须有限制突触形成的方式。已知的突触形成的负调节因子通过各种机制进行反应。例如，神经元活性的增加、通过转录因子MEF2进行反应或限制前突触蛋白向突触位点的传递可分别限制突触发育。Margolis等最近表明，鸟嘌呤交换因子Ephexin5可通过限制突触形成的特定诱导物EphB2，限制突触形成(图1)。 Ephexin是一个包括5种GEF的家族，其中只有Ephexin1和Ephexin5在脑中大量表达。GEF通过催化GDT与GTP的交换，控制GTPase的活化。 Ephexin1被EphA4磷酸化后，可活化RhoA，使这些GEF有可能成为神经系统中肌动蛋白细胞骨架重新组织的依赖于RhoA的中介体。Ephexin1介导依赖于eohrin-A(肝配蛋白)的生长锥的解体，缺少Ephexin1的小鼠在神经肌肉连接点肌肉弱化、突触传递受损，可能是由于活化区域的变形。但Ephexin5的功能尚不清楚。 为了鉴定在EphB2下游通过抑制细胞运动限制突触形成数量的潜在分子，Margolis及其同事首先测试了某些RhoA GEF的表达谱，发现Ephexin5的表达与EphB的表达谱相匹配。他们在一系列有严格对照的实验中证实，尽管Ephexin1与EphA4有特异反应，但Ephexin5在体内和体外都专一性与EphB2反应，具有依赖于自身Dbl同源结构域活化RhoA的能力，无激活rac1或CDC-42 GTPase的能力。Ephexin5敲除小鼠与对照相比，RhoA活性降低，说明Ephexin5是脑中RhoA水平的主要决定因子。 Margolis等进一步使用综合性研究Ephexin5在控制突触数目中的作用。他们使用shRNA敲除培养的神经元中的Exphexin5并测试Ephexin5敲除小鼠神经元中突触的形成。在这些情况中，缺少Ephexin5的神经元比对照产生更多的兴奋突触。而Ephexin5的超量表达导致突触数目明显减少。重要的是这些影响取决于Ephexin5的鸟嘌呤核苷酸交换活性。Margolis等在一系列使用Ephexin5特异敲除小鼠脑切片的实验中，表明Ephexin5活性在完整的脑结构中，也是限制突触形成。因此无论在体内还是在体外，Ephexin5 GEF都限制神经元的兴奋突触的数目。 Margolis等进一步展示了Ephexin5是通过在突触发育中限制EphB2的功能发挥作用。有趣的是，尽管Ephexin5对突触密度的作用依赖于EphB2激酶活性，但特定酪氨酸残基的磷酸化可使Ephexin5失活，依赖于EphB的突触形成需要Ephexin5的失活。这些结果表明，一个负反馈环(Ephexin5对EphB2负调节)，可通过磷酸化进一步抑制Ephexin5。 Margolis等在进行实验时注意到，在有EphB2时，Ephexin5的表达水平下降，说明Ephexin5有可能受蛋白酶体降解的调节。他们证实蛋白酶体对Ephexin5的降解在体内和体外都受EphB2的严格调控。在细胞系中，EphB2的表达促进Ephexin5水平的下降，这个过程需要Ephexin5的磷酸化。此外，蛋 白酶体的阻断可阻止Ephexin5依赖于EphB2的降解。在体内突触形成较低的时期(P0-P3)，Phexin5蛋白水平较高，在突触迅速增加的时期(P7-P21)，Phexin5蛋白水平较低。Ephexin5 mRNA水平在所有时间保持恒定，表明EphB2对Ephexin5的磷酸化导致Ephexin5的降解。有趣的是，先前的报道表明EphB2在类似发育时期通过调节丝足移动性控制突触形成，说明Ephexin5蛋白水平的变化可能是启动或限制这些过程的机制。Margolis等还表明Ephexin5在脑溶胞物中普遍存在，并与Ephexin5降解所必需的E3连接酶Ube3A相互作用。 与Ube3A的关联值得注意，因为在90%的安格曼综合症中有E3连接酶缺陷。Margolis等使用删除了Ube3A母体遗传拷贝(Ube3Am-/p+)的安格曼综合症小鼠模型，使Ephexin5与安格曼综合症的病因相联系。Ephexin5的表达和泛素化的Ephexin5的量在这些小鼠的脑中有所增加。另外，从这些小鼠培养的神经元对ephrin-B1处理不敏感。在这些神经元中，ephrin-B1不能诱导Ephexin5表达水平的下降。Margolis等根据这些结果提出，安格曼综合症中的认知缺陷可能是由于Ephexin5蛋白水平的增高。 Margolis等确认了一个可在体内和在功能神经元结构中限制特定突触产生因子活性的机制。EphB2通过与特定前突触ephrin-B蛋白相互作用启动突触发育。Ephexin5抑制这种活性，EphB2通过磷酸化和通过E3连接酶Ube3A使Ephexin5降解，解除这种抑制(图1)。这些发现强调EphB是激动突触发育的关键调节因子，说明其他已知突触产生因子可能有类似的选择性限制机制。Ephexin5怎样限制依赖于EphB2的突触形成仍不清楚，但如果考虑到RhoA活化通常抑制细胞运动，这些发现表明Ephexin5可能在突触形成过程中，通过下 ，抑制EphB2的功能。Margolis等调树突丝足的运动(EphB2可介导这个过程) 在一些尚未发表的工作中展示了Ephexin5可能限制丝足运动，表明上述观察是正确的。除了对理解突触发育的影响，这些研究也提供了一个极为重要的解释安格曼综合症患者认知和行为异常的潜在机制。