Neuroligin - Neuroligin
| Neuroligin | |
|---|---|
 Terciární struktura neuroliginu 4.
| |
| Identifikátory | |
| Symbol | Neuroligin |
| InterPro | IPR000460 |
| Membranome | 72 |
| neuroligin 1 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifikátory | |||||||
| Symbol | NLGN1 | ||||||
| Gen NCBI | 22871 | ||||||
| HGNC | 14291 | ||||||
| OMIM | 600568 | ||||||
| Ref | NP_055747 | ||||||
| UniProt | Q8N2Q7 | ||||||
| Další údaje | |||||||
| Místo | Chr. 3 q26,31 | ||||||
| |||||||
| neuroligin 2 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifikátory | |||||||
| Symbol | NLGN2 | ||||||
| Gen NCBI | 57555 | ||||||
| HGNC | 14290 | ||||||
| OMIM | 606479 | ||||||
| Ref | NP_065846 | ||||||
| UniProt | Q8NFZ4 | ||||||
| Další údaje | |||||||
| Místo | Chr. 17 str. 13,1 | ||||||
| |||||||
| neuroligin 3 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifikátory | |||||||
| Symbol | NLGN3 | ||||||
| Gen NCBI | 54413 | ||||||
| HGNC | 14289 | ||||||
| OMIM | 300336 | ||||||
| Ref | NP_001160132 | ||||||
| UniProt | Q9NZ94 | ||||||
| Další údaje | |||||||
| Místo | Chr. X q13,1 | ||||||
| |||||||
| neuroligin 4X | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifikátory | |||||||
| Symbol | NLGN4X | ||||||
| Gen NCBI | 57502 | ||||||
| HGNC | 14287 | ||||||
| OMIM | 300427 | ||||||
| Ref | NP_065793 | ||||||
| UniProt | Q8N0W4 | ||||||
| Další údaje | |||||||
| Místo | Chr. X p22,32-22,31 | ||||||
| |||||||
Neuroligin ( NLGN ), membránový protein typu I , je protein buněčné adheze na postsynaptické membráně, který zprostředkovává tvorbu a udržování synapsí mezi neurony . Neuroliginy působí jako ligandy pro β-neurexiny , což jsou proteiny adheze buněk umístěné presynapticky. Neuroligin a β-neurexin si „potřásají rukama“, což má za následek spojení mezi dvěma neurony a produkci synapsí. Neuroliginy také ovlivňují vlastnosti neuronových sítí specifikací synaptických funkcí a zprostředkovávají signalizaci náborem a stabilizací klíčových synaptických komponent. Neuroliginy interagují s jinými postsynaptickými proteiny, aby lokalizovaly receptory a kanály neurotransmiterů v postsynaptické hustotě, jak buňka zraje. Navíc jsou neuroliginy exprimovány v lidských periferních tkáních a bylo zjištěno, že hrají roli v angiogenezi . U lidí se změny v genech kódujících neuroliginy podílejí na autismu a dalších kognitivních poruchách .
Struktura
Neuroliginy se vážou pomocí Ca 2+ na domény LNS a-neurexinu LNS (laminin, neurexin a globulin-podobné skládací jednotky globulinu vázající pohlavní hormony) a na doménu LNS β-neurexinu, která pak stanoví heterofilní trans-synaptický rozpoznávací kód. Pozorováním krystalové struktury neuroliginu-1 bylo stanoveno, že neuroligin-1 tvoří proteinový dimer, když se dva monomery neurexin-1 beta vážou na dva protilehlé povrchy neuroliginu-1. Tím se vytvoří heterotetramer, který obsahuje rozhraní pro vazbu Ca 2+ . Interakce neuroliginu a neurexinu za vzniku heterotetrameru je monitorována alternativně sestřiženými místy umístěnými poblíž vazebného rozhraní pro Ca 2+ v neuroliginu-1 i neurexinu-1 beta. Následně byla přítomnost nativních neuroliginových dimerů v neuronech potvrzena pomocí biochemické detekce, která zahrnovala heterodimery složené z různých druhů neuroliginů, což zvyšuje potenciální heterogenitu komplexů endogenních dimerních komplexů neuroliginového jádra.
Extracelulární doména z NLGN sestává většinou z oblasti, která je homologní k acetylcholinesterases , ale aminokyseliny důležité pro katalýzu ve AChE nejsou konzervovány NLGN, které postrádají esterázovou aktivitu. Kromě toho je tato homologní oblast AChE klíčová pro správnou funkci NLGN.
Genetika
Neuroliginy byly identifikovány u obratlovců i bezobratlých, včetně lidí, hlodavců, kuřat, Drosophila melanogaster , Caenorhabditis elegans , včel a Aplysia . U myší a potkanů byly nalezeny tři geny pro expresi neuroliginu, zatímco lidé exprimují pět genů. Drosophila exprimuje čtyři geny, včely medonosné pět genů a C. elegans i Aplysia exprimují jeden gen pro neuroligin.
Mezi známé neuroliginové geny v Homo sapiens patří NLGN1 , NLGN2 , NLGN3 , NLGN4X a NLGN5 (také známé jako NLGN4Y). Bylo zjištěno, že každý gen má jedinečný vliv na synaptický přenos.
Výraz
Exprese neuroliginů se může mezi druhy lišit. Neuroligin 1 je exprimován specificky v CNS při excitačních synapsích. U lidí je exprese neuroliginu 1 před narozením nízká a zvyšuje se mezi postnatálními dny 1-8 a zůstává vysoká i v dospělosti. Toto postnatální zvýšení během aktivní synaptogeneze odpovídá zvýšené expresi proteinu postsynaptické denzity-95 (PSD-95). Neuroligin 2 je koncentrován hlavně v inhibičních synapsích v CNS, ale u myší a lidí může být také exprimován v tkáních, jako je pankreas, plíce, endotel, děloha a tlusté střevo. Neuroligin 3 je exprimován v neuronech CNS, stejně jako v řadě gliových buněk u myší a potkanů a v mozku, srdci, kosterním svalu, placentě a pankreatu u lidí. Neuroligin 4X, nacházející se pouze u lidí, je exprimován v srdci, játrech, kosterním svalu, slinivce a nízkých hladinách v mozku. Neuroligin 5 (nebo 4Y), umístěný na chromozomu Y, je pouze 19 aminokyselin odlišných od neuroliginu 4X. Neuroliginová mRNA je přítomna v lidských endoteliálních buňkách z velkých cév a v dorzálních kořenových ganglionech .
Alternativní spojování
Alternativní sestřih , modifikace, ke které dochází po transkripci mRNA, reguluje vazebnou selektivitu neuroliginů pro a- nebo p-neurexiny a také funkci synapsí. Alternativní sestřih v neuroliginech se vyskytuje v hlavní funkční doméně, homologní oblasti acetylcholinesterázy. Protože neuroligin má v této oblasti dvě konzervovaná místa sestřihu, místa A a B, pro každý gen neuroliginu jsou možné až čtyři různé izoformy . Neurexiny také podléhají alternativnímu sestřihu a některé sestřihové varianty neuroliginů a neurexinů jsou na sebe navzájem selektivnější. Specifické párování variant sestřihu také ovlivňuje synaptickou funkci. Například neuroliginy postrádající B sestřihový inzert a p-neurexiny s inzertem S4 podporují diferenciaci inhibičních, GABAergních synapsí. Na druhé straně neuroliginy s B inzertem a β-neurexiny postrádající inzert S4 podporují diferenciaci excitačních, glutamátergních synapsí. A inzert může podporovat lokalizaci a funkci neuroliginu na inhibičních synapsích, ale mechanismy nejsou známy.
Aktivita s neurexinem
Neurexin a neuroligin spolupracují na shromažďování a udržování složek cytoskeletu potřebných k lokalizaci synaptických vezikul. Neurexin je nezbytný pro obsazení napěťově řízených kanálů Ca 2+, které jsou nutné pro uvolňování vezikul, zatímco neuroligin váže neurexin, aby lokalizoval potřebné receptory neurotransmiterů a proteiny pro postsynaptickou specializaci. V postsynaptickém místě jsou neuroliginy propojeny do specializovaných proteinů, které stimulují specifické receptory a kanály neurotransmiterů, aby během zrání synapse hustě obsadily specializované oblasti postsynaptického terminálu. Protože všechny vyvíjející se synapse obsahují neurexiny a neuroliginy, mohou vyvíjející se buňky vytvářet mnoho různých spojení s jinými buňkami.
Tvorba synapsí
Neuroligin je dostatečný k vytvoření nových funkčních presynaptických terminálů in vitro. Důkazy však naznačují, že počáteční adhezivní molekuly, jako jsou proteiny rodiny imunoglobulinů a proteinů kadherinové, zprostředkovávají počáteční kontakt mezi axony a dendrity pro synapse. Neurexiny a neuroliginy pak posílí kontakt.
Kromě selektivity variant sestřihu ovlivňují diferenciaci a rovnováhu synapsí také hladiny neuroliginů, neurexinů a dalších interagujících proteinů přítomných na pre- a postsynaptických membránách. Jak se synapse tvoří během synaptogeneze , rozlišují se do jedné ze dvou kategorií: excitační nebo inhibiční. Excitační synapse zvyšují pravděpodobnost vystřelení akčního potenciálu v postsynaptickém neuronu a jsou často glutamátergní nebo synapsí, při nichž se uvolňuje neurotransmiter glutamát. Inhibiční synapse snižují pravděpodobnost vystřelení akčního potenciálu v postsynaptickém neuronu a jsou často GABAergní , ve kterých se uvolňuje neurotransmiter GABA. Zejména během raného vývoje musí mít neurony přiměřenou rovnováhu mezi excitačním a inhibičním synaptickým vstupem, označovanou jako poměr E/I. Ve skutečnosti se předpokládá, že nerovnováha v poměru E/I je zapojena do poruch autistického spektra.
Neuroligin 1 se lokalizuje na excitačních synapsích, neuroligin 2 na inhibičních synapsích a neuroligin 3 na obou. Snížení hladin neuroliginů 1, 2 a 3 má za následek silné snížení inhibičního vstupu, ale malé snížení excitačního vstupu. Neuroliginy navíc interagují s PSD-95 , intracelulárním proteinem, který ukotvuje synaptické proteiny v postsynaptické hustotě excitačních synapsí, a gephyrinem , příslušným lešeninovým proteinem inhibičních postsynapsí . Kromě toho neuroligin 2 a 4 specificky interagují s kollybistinem, proteinem, který reguluje lokalizaci gephyrinu. Zdá se, že hladina PSD-95 ovlivňuje rovnováhu excitačních a inhibičních vstupů. Zvýšení poměru PSD-95 k neuroliginu mělo za následek zvýšení poměru E/I a snížení poměru PSD-95/neuroligin mělo opačný účinek. Nadměrná exprese PSD-95 také přesměruje neuroligin-2 z excitačních na inhibiční synapsí, posiluje excitační vstup a snižuje inhibiční vstup. Tyto interakce neuroliginu, neurexinu a interagujících proteinů, jako je PSD-95, poukazují na potenciální regulační mechanismus, který řídí vývoj a rovnováhu excitačních a inhibičních synapsí, řízených mechanismy homeostatické zpětné vazby.
Klinický význam
Neuroliginová dysfunkce se podílí na poruchách autistického spektra . U pacientů s ASD byly v neuroliginových genech detekovány různé genetické alterace, včetně bodových mutací , missense mutací a interních delecí . Ve studiích provedených na rodinných příslušnících s autismem spojeným s X byly identifikovány specifické mutace NLGN3 a NLGN4. Ukázalo se, že tyto mutace ovlivňují fungování neuroliginů a bylo prokázáno, že interferují se synaptickým přenosem. 19 ze 69 známých proteinů mutovaných v X-vázaném autismu kóduje postsynaptické proteiny, včetně neuroliginů.
Mateřské protilátky proti Y-chromozomálnímu neuroliginu NLGN4Y se navíc podílejí na vývoji plodu mužské homosexuality.
Mutace NLGN3
Mutovaný gen NLGN3, R451C, byl klonován. Bylo prokázáno, že mutant způsobuje defektní transport neuroliginu a retenci mutantního proteinu v endoplazmatickém retikulu. Malé množství mutantního proteinu, které dosáhlo buněčné membrány, vykazovalo sníženou vazebnou aktivitu pro neurexin-1, což je v souladu se ztrátou funkce. Mutantní gen byl klonován a byl zaveden do myší, což vedlo k narušení sociálních interakcí, zlepšeným schopnostem prostorového učení a zvýšenému inhibičnímu synaptickému přenosu. Vymazání NLGN3 tyto efekty nevyvolalo, což naznačuje, že R451C je mutace zisku funkce. To podporuje tvrzení, že zvýšený inhibiční synaptický přenos může přispět k poruchám lidského autistického spektra.
Mutace NLGN4
Mutace v NLGN4 byly také nalezeny u osob s autismem spojeným s X. Bylo zjištěno, že mutace posunu rámce 1186T způsobuje časné zastavení kodonu a předčasné zkrácení proteinu. Tato mutace vede k intracelulární retenci mutantních proteinů, což může způsobit zhoršení funkce adhezní molekuly synaptických buněk a modifikaci vazby neuroliginového proteinu na jeho presynaptické partnery, neurexiny, čímž se přeruší základní synaptická funkce. Mezi další mutace NLGN4 nalezené v souvislosti s poruchami autistického spektra patří delece 2 bp, 1253delAG, v genu NLGN4, která způsobuje posun rámce a předčasný stop kodon. Další mutací je hemizygotní delece v genu NLGN4 zahrnující exony 4, 5 a 6. Předpokládalo se, že delece 757 kb povede k významně zkrácenému proteinu.