Journal Club (May 9, 2022)

Developmental dynamics of the postsynaptic proteome to understand synaptic maturation and dysmaturation (シナプス後部のプロテオームの発生動態から、シナプスの成熟と成熟不全を理解する)
Takeshi Kaizuka, Takehiro Suzuki, Noriyuki Kishi, Manfred W Kilimann, Takehiko Ueyama, Masahiko Watanabe, Hideyuki Okano, Naoshi Dohmae, Toru Takumi
doi: https://doi.org/10.1101/2022.05.05.490828

Laboratory for Mental Biology, RIKEN Brain Science Institute, Wako, Saitama, 351-0198, Japan

bioRxiv: bioRxivは、2013年に開始された生物学のプレプリントリポジトリである。プレプリントであるので、bioRχivが提供する論文は査読されていない。正式な表記はbioRχivで、χはエックスではなくギリシャ文字のχである。コールド・スプリング・ハーバー研究所 が運営している。(Wikipedia)

Abstract

 The postsynaptic density (PSD) is a protein condensate composed of ~1,000 proteins beneath the postsynaptic membrane of excitatory synapses. The number, shape, and plasticity of synapses are altered during development. However, the dynamics of synaptic protein composition across development have not been fully understood. Here we show alterations of PSD protein composition in mouse and primate brains during development. Proteins involved in synapse regulation are enriched in the differentially expressed (288 decreased and 267 increased) proteins on mouse PSD after a 2-week-old. We find that the changes in PSD protein abundance in mouse brains correlate with gene expression levels in postnatal mice and perinatal primates. This alteration of PSD composition is likely to be defective in the brains of mouse models or patients with autism spectrum disorder (ASD). Finally, we demonstrate that the brain of the common marmoset (Callithrix jacchus) changes PSD composition after the juvenile period. The alteration of PSD composition after 2-month-old is distinct from that observed in mice. Our results provide a comprehensive architecture of the remodeling of PSD composition across development, which may explain the molecular basics of synapse maturation and the pathology of psychiatric disorders, such as ASD.

シナプス後肥厚(postsynaptic density)は、興奮性シナプスのシナプス後膜の下にある約1,000個のタンパク質からなるタンパク質凝集体である。シナプスの数、形、可塑性は、発生過程で変化する。しかし、発生過程におけるシナプスのタンパク質組成のダイナミクスは十分に理解されていない。この研究で筆者らは、マウスと霊長類の脳におけるPSDタンパク質の組成が、発生過程で変化することを明らかにした。2週齢以降のマウスPSDでは、シナプスの制御に関わるタンパク質が豊富に発現していた(288個が減少、267個が増加)。マウス脳におけるPSDタンパク質量の変化は、生後間もないマウスや周産期の霊長類における遺伝子発現量と相関していることを見出した。このPSD組成の変化は、自閉症モデルマウスや自閉症スペクトラム障害(ASD)患者の脳で欠陥がある可能性が高い。最後に、我々はコモンマーモセット(Callithrix jacchus)の脳が幼年期以降にPSD組成を変化させることを実証している。生後2ヶ月以降のPSD組成の変化は、マウスで観察されたものとは異なるものである。この結果は、シナプス成熟の分子的基盤やASDなどの精神疾患の病態を説明できる可能性がある。

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