Die Geheimnisse der Synapse entschlüsseln: die Rolle des FAM81A-Proteins

Zusammenfassung: Die Forscher identifizierten ein wichtiges Protein, FAM81A, das eine zentrale Rolle bei der Bildung postsynaptischer Proteinaggregate spielt, die für die synaptische Funktion im Gehirn unerlässlich sind. Durch die Analyse von 35 früheren Studien entdeckte das Team das anhaltende Vorhandensein von FAM81A in der postsynaptischen Dichte, einer komplexen Proteinstruktur, die für die Übertragung von Nervensignalen unerlässlich ist.

Die Wechselwirkung dieses Proteins mit wichtigen postsynaptischen Proteinen und seine Beteiligung an der Flüssig-Flüssig-Phasentrennung unterstreichen seine Bedeutung für die Aufrechterhaltung der synaptischen Aktivität. Die Ergebnisse tragen nicht nur zu unserem Verständnis synaptischer Mechanismen bei, sondern eröffnen auch neue Wege zur Erforschung der Entwicklung kognitiver Funktionen bei höheren Wirbeltieren und möglicher Auswirkungen auf neuropsychiatrische Erkrankungen.

Wichtige Fakten:

1. Die entscheidende Rolle von FAM81A in Synapsen: FAM81A interagiert mit wichtigen postsynaptischen Proteinen, reguliert deren Aufbau und beeinflusst die neuronale Funktion.
2. Erste umfassende Beschreibung: Diese Studie liefert die erste vollständige Charakterisierung von FAM81A und unterstreicht seine Beteiligung an der Bildung und Aktivität der synaptischen Dichte.
3. Evolutionäre Erkenntnisse: Die evolutionäre Divergenz zwischen FAM81A und seinen Homologen zwischen den Arten lässt auf seine einzigartige Rolle bei den kognitiven Funktionen der Gehirne höherer Wirbeltiere schließen.

Quelle: Universität Kobe

Es wurde festgestellt, dass ein Protein, das in postsynaptischen Proteinklumpen vorkommt, für deren Bildung von entscheidender Bedeutung ist. Die Entdeckung der Universität Kobe identifiziert einen neuen Schlüsselakteur für die synaptische Funktion und wirft erstes Licht auf seine bisher nicht charakterisierte Rolle und zelluläre Evolution.

Was an der Synapse, der Verbindung zweier Nervenzellen, passiert, ist ein Schlüsselfaktor für die Gehirnfunktion. Das Signal von präsynaptischen Neuronen zu postsynaptischen Neuronen wird durch Proteine ​​übertragen und deren Ungleichgewicht kann zu neuropsychiatrischen Erkrankungen wie schwerer Depression, Autismus oder Alkoholabhängigkeit führen.

Aufgrund der großen Vielfalt an Proteinen, die an dieser Verbindungsstelle gefunden werden, sind viele von ihnen jedoch noch nicht untersucht und es ist oft nicht klar, ob zuvor gefundene Proteine ​​tatsächlich dorthin gehören oder nur Verunreinigungen sind, die durch den Analyseprozess entstanden sind.

Eine besonders auffällige Struktur direkt unter der postsynaptischen Membran ist die sogenannte „postsynaptische Dichte“, eine Ansammlung von vielleicht Tausenden verschiedener Proteine.

Um etwas Licht auf die postsynaptische Dichte zu werfen, verglichen der Neurophysiologe Takumi Toru von der Universität Kobe und sein Team zunächst 35 Datensätze aus früheren Studien zu diesem Phänomen, um herauszufinden, welche uncharakterisierten Proteine ​​regelmäßig auftraten.

„Wir haben eine analytische Pipeline erstellt, um Proteinstrukturen in verschiedenen Datensätzen zu standardisieren und auszurichten“, erklärt Kaizuka Takeshi, Erstautorin des Artikels. „Dies führte zur Identifizierung eines schlecht charakterisierten synaptischen Proteins, das in mehr als 20 dieser Datensätze nachgewiesen wurde.“ ”

Dies deutete darauf hin, dass das Protein mit der Bezeichnung FAM81A für die Funktion der gesamten Struktur relevant sein könnte. Daher analysierte das Team seine Wechselwirkungen mit anderen Proteinen, seine Verteilung in und um Neuronen sowie seine Auswirkungen auf die Form und Funktion von Neuronen. Sein Wirkungs- und Entwicklungsmechanismus. Kurz gesagt, sie haben diesem Protein eine vollständige vorläufige Beschreibung gegeben.

Takumi fasst ihre Ergebnisse zusammen, die jetzt in der Zeitschrift veröffentlicht wurden PLoS-Biologie„Die wichtige Erkenntnis ist, dass FAM81A mit mindestens drei wichtigen postsynaptischen Proteinen interagiert und deren Kondensation reguliert. Dies legt nahe, dass FAM81A ein wichtiger regulatorischer Faktor für die postsynaptische Dichte ist.“

Die Gruppe kann bestätigen, dass FAM81A die Kondensation von Schlüsselproteinen in einer membranfreien Organelle durch Flüssig-Flüssig-Phasentrennung erleichtert, ein Prozess, bei dem interagierende Moleküle Elemente des umgebenden Mediums stark ausschließen, und dass die Abwesenheit des Proteins zu einer signifikanten Reduzierung des Proteinspiegels. Verminderte Aktivität in kultivierten Neuronen.

Menschen haben zwei verwandte Kopien des Gens, FAM81A Und FAM81B. Allerdings während FAM81A Es wird im Gehirn ausgedrückt, FAM81B Es wird nur in den Hoden ausgedrückt. Darüber hinaus verfügen auch Vögel und Reptilien über zwei Kopien des Gens, Amphibien, Fische und Wirbellose jedoch nur über eine Kopie, und seine Expression ist nicht auf ein einzelnes Gewebe beschränkt.

„Interessanterweise scheint die evolutionäre Erhaltung der FAM81A-Funktion in der Synapse im Vergleich zu anderen synaptischen Molekülen begrenzt zu sein, da in der Synapse kein Fisch-FAM81A-Homolog nachgewiesen wurde. Dies legt nahe, dass FAM81A ein Schlüsselprotein für das Verständnis der kognitiven Funktionen von sein könnte.“ Gehirne höherer Wirbeltiere.

Aber ihre Arbeit war nur der erste Schritt. Um die Rolle des Proteins wirklich zu verstehen, ist es notwendig, seine Funktion in der komplexen Gehirnumgebung zu untersuchen. Das Forschungsteam der Universität Kobe möchte daher Mausmodelle erstellen, denen das FAM81A-Gen fehlt, und untersuchen, was dies für die Funktion von Synapsen und das Verhalten des Organismus bedeutet.

Finanzierung: Diese Forschung wurde von der Japan Society for the Promotion of Science (Zuschüsse JP16H06463, JP18K14830, JP22H04981, JP23H04233), der Japan Science and Technology Agency (JPMJMS2299) und der Takeda Science Foundation unterstützt.

Es wurde in Zusammenarbeit mit Forschern der University of Edinburgh, der Kyoto University und der University of Sheffield durchgeführt.

Über Neuigkeiten aus der Genetik- und Neurowissenschaftsforschung

Autor: Daniel glänzt
Quelle: Universität Kobe
Kommunikation: Daniel Shinz – Universität Kobe
Bild: Bildquelle: Neuroscience News

Ursprüngliche Suche: Offener Zugang.
„FAM81A ist ein postsynaptisches Protein, das die Kondensation postsynaptischer Proteine ​​durch Flüssig-Flüssig-Phasentrennung reguliert.„Von Takumi Toru et al. PLoS-Biologie

eine Zusammenfassung

FAM81A ist ein postsynaptisches Protein, das die Kondensation postsynaptischer Proteine ​​durch Flüssig-Flüssig-Phasentrennung reguliert.

Proteomische Analysen der postsynaptischen Dichte (PSD), einer Proteinspezialität, die unter der postsynaptischen Membran erregender Synapsen zu finden ist, haben mehrere tausend Proteine ​​identifiziert.

Während Proteine ​​mit vorhersagbaren Funktionen gut untersucht wurden, werden funktionell nicht charakterisierte Proteine ​​oft ignoriert. In dieser Studie führten wir eine umfassende Metaanalyse von 35 PSD-Proteomdatensätzen durch, darunter insgesamt 5869 Proteine.

Mithilfe der Klassifizierungsmethode haben wir 97 Proteine ​​identifiziert, die noch unzureichend beschrieben sind. Ausgehend von dieser Auswahl konzentrierten wir unsere detaillierte Analyse auf das Protein mit der höchsten Bewertung, FAM81A.

FAM81A interagiert mit PSD-Proteinen, einschließlich PSD-95-, SynGAP- und NMDA-Rezeptoren, und fördert die Flüssig-Flüssig-Phasentrennung dieser Proteine ​​in kultivierten Zellen oder in vitro. Eine Herunterregulierung von FAM81A in kultivierten Neuronen führt zu einer Verringerung der Größe der PSD-95-Punkte und der Feuerfrequenz von Neuronen.

Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass FAM81A eine entscheidende Rolle bei der Erleichterung der Interaktion und des Zusammenbaus von Proteinen innerhalb des PSD spielt und dass seine Anwesenheit für die Aufrechterhaltung einer normalen synaptischen Funktion wichtig ist.

Darüber hinaus unterstreicht unsere Methodik die Notwendigkeit, viele synaptische Proteine ​​weiter zu charakterisieren, für die es noch an umfassendem Verständnis mangelt.