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Aug 02, 2023

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 366(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

시냅스 가소성은 구조적, 기능적 마이크로도메인의 적절한 확립과 재배열을 포함합니다. 그러나 기본 지질 신호의 시각화는 어려운 것으로 판명되었습니다. 급속 냉동 고정, 막 동결 파쇄, 면역금 라벨링 및 전자 현미경 검사법의 조합을 적용하여 수지상 가시 및 그 하위 영역의 원형질막에서 포스파티딜이노시톨-4,5-비스포스페이트(PIP2)의 변화 및 분포를 시각화하고 정량적으로 결정합니다. 초고해상도. 이러한 노력은 장기 우울증(LTD)이 유도되는 동안 PIP2 신호의 뚜렷한 단계를 밝혀냅니다. 처음 몇 분 동안 PIP2는 PIP5K 의존 방식으로 빠르게 증가하여 나노클러스터를 형성합니다. PTEN은 PIP2 축적의 두 번째 단계에 기여합니다. 일시적으로 증가된 PIP2 신호는 상부 및 중간 척추 머리로 제한됩니다. 마지막으로, PLC 의존형 PIP2 저하는 LTD 유도 중에 PIP2 큐를 적시에 종료합니다. 함께, 이 연구는 LTD 유도 후 여러 단계 동안 PIP2에 의해 설정된 공간적 및 시간적 단서를 풀고 관찰된 PIP2 역학의 기초가 되는 분자 메커니즘을 분석합니다.

중추신경계의 흥분성 시냅스후의 대부분은 수지상 가시라고 불리는 작은 수지상 돌출부에 위치합니다. 수지상 돌기의 구조와 조직의 동적 변화와 관련된 시냅스 가소성 과정은 흥분성 시냅스 강도의 조절의 기초가 되며 학습과 기억의 기초가 되는 것으로 생각됩니다. 시냅스 가소성의 모드 중에서 가장 두드러지는 것은 장기 우울증(LTD)이라고 불리는 과정으로, 주어진 시냅스 신호에 대한 민감도와 반응을 감소시킵니다3. 분자 수준에서 LTD는 세포내이입 또는 측면 확산을 통해 시냅스 후 밀도 지지체에서 AMPA(α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid) 유형 글루타메이트 수용체를 제거하고 구조적 재배열을 수행합니다. 액틴 세포골격으로 인해 척추 부피가 감소합니다3,4.

지난 수십 년 동안 수지상 척추 가소성을 제어하고 중재하는 단백질 기계를 식별하고 특성화하는 데 큰 진전이 있었습니다. 그러나 막 지질의 관련성에 대한 지식은 비록 주요 막 구성 요소임에도 불구하고 여전히 드물고 종종 논란의 여지가 있거나 심지어 모순적이기도 합니다5,6. 포스포이노시티드는 별개의 막 단백질과 상호작용하고 이를 조절하며 다양한 세포 기능을 갖는 것으로 알려져 있습니다7. 포스파티딜이노시톨-4-포스페이트(PI4P)와 포스파티딜이노시톨-4,5-비스포스페이트(간단히 PIP2라고 함)는 세포에서 가장 풍부한 포스포이노시티드입니다. PIP2는 원형질막에 풍부하며 인지질의 1% 미만을 구성합니다8. 시냅스 전에서 phosphoinositides의 중요한 역할은 잘 확립되어 있으며 주로 막 수송 기능으로 구성됩니다. 대조적으로, 시냅스 후에서 PIP2의 생리학적 중요성과 구체적인 역할은 훨씬 덜 이해되고 논란의 여지가 있습니다.

개별 포스포이노시티드의 농도는 그 자체가 다양한 신호 전달 경로의 표적이 되는 특정 지질 포스파타제, 키나제 및 리파제의 복잡한 세트에 의해 제어됩니다. 특히 LTD에서 PIP2의 추정 역할을 조사한 연구는 주로 이러한 대사 효소를 조작하는 데 의존했으며 상충되는 결과를 얻었습니다. (명백한) 불일치의 이유는 분포와 지질 단서로서의 방해받지 않는 가용성을 변경하지 않고 시냅스 후 척추에서 PIP2를 수정하고 직접 시각화할 수 없기 때문일 수 있습니다.

시냅스는 별개의 막 나노도메인에 의해 확립된 바와 같이 구획화에 대한 특별한 기능적 및 구조적 요구를 가지고 있습니다. 또한, 이러한 시냅스 막 나노도메인은 시냅스 후 재배열 중에 소성적으로 적응하는 능력이 필요합니다. LTD 동안 이러한 재배열이 중요한 신호 분자 PIP2에 의해 설정된 시간적 및 공간적 단서에 의해 발생할 수 있다는 가설을 따르기 위해 우리는 신속한 냉동 고정, 막 동결 파쇄, 면역 금 라벨링 및 투과 전자 현미경(TEM)을 적용하여 시각화하고 정량적으로 평가했습니다. 수지상 돌기의 원형질막과 초고해상도의 다양한 하위 영역에 PIP2가 분포되어 있습니다. 우리는 LTD 유도 후 여러 단계 동안 PIP2에 의해 설정된 공간적 및 시간적 단서를 공개하고 관찰된 PIP2 역학의 기초가 되는 분자 메커니즘을 분석합니다.