Neuron ： 可变剪接对于不同突触传递的影响

来源：BioArt

自闭症谱系障碍(Autism Spectrum Disorder)是一系列神经发育障碍，包括自闭症，阿斯伯格综合症及其他相关疾病。自闭症的个体通常对外界刺激过度敏感，并表现出两种类型的症状：社交沟通和社交互动中的存在障碍，重复性行为模式。自闭症的原因尚不确定，市场上也无有效的药物可被用来帮助改善自闭症的症状。以往针对双胞胎研究的分析发现，自闭症的遗传率介于74％和98％之间，因此自闭症与遗传有密切关系【1】。

大规模测序表明突触功能的障碍与自闭症发生发展有密切关系。在遗传因素里，突触连接蛋白Neurexin 家族蛋白的突变或缺失和自闭症的直接相关【2,3】。Neurexin 家族包含有三个基因，分别为Neurexin1, Neurexin2 和 Neurexin3。不仅如此，外显子区域的基因序列包含了6个选择性剪接位点（alternative splicing site, SS）【4】，这意味着通过这6个片段的不断组合变化可以制造出成千上万种不同的蛋白，也因此可能产生不同的功能。其中SS4的功能受到较多的关注，因为是否含有SS4决定突触后的结合蛋白的种类，譬如，SS4缺失的Neurexin特异性结合LRRTMs蛋白 （一类突触后细胞连接分子）, 当SS4表达时，Neurexin则结合突触后的Cerebellins/GluDs突触连接分子蛋白复合物【5,6】。这些蛋白都在神经疾病中被报道过，因此SS4的功能性研究则极为重要。

近日，斯坦福大学的Thomas C. Südhof团队在Neuron上发表文章Alternative Splicing of Presynaptic Neurexins Differentially Controls Postsynaptic NMDA and AMPA Receptor Responses，对Neurexin的SS4的功能进行了深入的研究。

由于正常野生小鼠的海马区中70%的Neurexin-1 蛋白不含SS4，为了解决这个问题，研究人员通过制造了趋于100% SS4定向表达，并且利用遗传方法（Cre-loxp 方法）制备了Neurexin1-SS4条件性敲除的转基因小鼠。往该小鼠的海马CA1区注射Cre病毒，可以选择性的在CA1区敲除Neurexin1-SS4。然后通过免疫组化染色，电生理研究，以及行为学实验来检测SS4缺失产生的影响。研究人员发现海马CA1神经元投射到海马下托（subiculum）的由NMDAR介导的突触传递强度显著下降， 但突触的数目并未发生改变。因为NMDAR对神经突触可塑性的具有至关重要的作用，研究人员发现Neurexin1-SS4缺失可破坏长期增益效应(long-term potentiation，LTP)。进一步的的行为学检测发现小鼠的记忆能力有所下降，但学习能力并未受损。这是第一个由Neurexin1-SS4 调控所导致的神经性行为下降的研究。

其次，为了研究Neurexin家族成员的SS4是否具备同样的功能，利用实验室已有的Neurexin1/2/3-SS4条件性敲除的转基因小鼠，研究人员惊奇地发现Neurexin-SS4在相同的家族中却具有很不同的功能：Neurexin1-SS4的表达上调NMDAR介导的突触传递，Neurexin2中SS4存在与否不参与调控NMDAR 或者AMPAR介导的突触传递，Neurexin3-SS4的表达下调AMPAR介导的突触传递。

虽然目前的研究只在海马区，但研究人员相信不同脑区基于不同的蛋白表型（缺失SS4与否）会具有不同的功能。接下来研究人员将侧重研究Neurexin-SS4对NMDAR 和AMPAR 介导的突触传递的机制，也涉及更广的行为学研究，研究人员希望这一工作对理解自闭症，尤其是Neurexin缺失或其突变导致的自闭症的理解有着重要意义。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.03.032

参考文献

1. https://www.bbc.com/news/health-31713147

2. Lord, C., Cook, E.H., Leventhal, B.L., and Amaral, D.G. (2000). Autism spectrum disorders. Neuron 28, 355-363.

3. Wang, J., Gong, J.H., Li, L., Chen, Y.L., Liu, L.F., Gu, H.T., Luo, X., Hou, F., Zhang, J.J., and Song, R.R. (2018). Neurexin gene family variants as risk factors for autism spectrum disorder. Autism Res 11, 37-43.

4. Ullrich, B., Ushkaryov, Y.A., and Sudhof, T.C. (1995). Cartography of neurexins: more than 1000 isoforms generated by alternative splicing and expressed in distinct subsets of neurons. Neuron 14, 497-507.

5. Ko, J., Fuccillo, M.V., Malenka, R.C., and Sudhof, T.C. (2009). LRRTM2 functions as a neurexin ligand in promoting excitatory synapse formation. Neuron 64, 791-798.

6.Uemura, T., Lee, S.J., Yasumura, M., Takeuchi, T., Yoshida, T., Ra, M., Taguchi, R., Sakimura, K., and Mishina, M. (2010). Trans-synaptic interaction of GluRdelta2 and Neurexin through Cbln1 mediates synapse formation in the cerebellum. Cell 141, 1068-1079.