La suppression conditionnelle de toutes les neurexines définit la diversité des fonctions essentielles de l'organisateur synaptique pour les neuroéxines

Aperçu: G.M.

Les neurexines sont reconnues comme des organisateurs clés de synapses indispensables au fonctionnement normal du cerveau. Cependant, il n'est pas clair si les neurexines sont des blocs de construction fondamentaux de toutes les synapses avec des fonctions générales similaires ou des spécificateurs dépendants du contexte des propriétés synaptiques. Pour répondre à cette question, les chercheurs ont produit des souris triple cKO (knock-out conditionnel) qui permettent d'éradiquer toute expression de la neurexine chez la souris. 

Après les suppressions de pan-neurexines, les chercheurs avons observé dans ces synapses des phénotypes synaptiques sévères mais radicalement différents, allant des déficiences majeures de leur distribution et de leur fonction à de fortes diminutions des synapses et des altérations sévères en action dans les transitoires présynaptiques du Ca2 + induits par le potentiel (synapses positives à la somatostatine). Ainsi, les neurexines fonctionnent principalement comme prédicteurs dépendants du contexte des synapses.

Neuron. 2017 May 3;94(3):611-625.e4. doi: 10.1016/j.neuron.2017.04.011.

Conditional Deletion of All Neurexins Defines Diversity of Essential Synaptic Organizer Functions for Neurexins

Chen LY¹, Jiang M¹, Zhang B¹, Gokce O¹, Südhof TC².

Author information

1

Department of Molecular and Cellular Physiology and Howard Hughes Medical Institute, Stanford University Medical School, 265 Campus Drive, Stanford, CA 94305, USA.

2

Department of Molecular and Cellular Physiology and Howard Hughes Medical Institute, Stanford University Medical School, 265 Campus Drive, Stanford, CA 94305, USA. Electronic address: tcs1@stanford.edu

Abstract

Neurexins are recognized as key organizers of synapses that are essential for normal brain function. However, it is unclear whether neurexins are fundamental building blocks of all synapses with similar overall functions or context-dependent specifiers of synapse properties. To address this question, we produced triple cKO (conditional knockout) mice that allow ablating all neurexin expression in mice. Using neuron-specific manipulations combined with immunocytochemistry, paired recordings, and two-photon Ca²⁺ imaging, we analyzed excitatory synapses formed by climbing fibers on Purkinje cells in cerebellum and inhibitory synapses formed by parvalbumin- or somatostatin-positive interneurons on pyramidal layer 5 neurons in the medial prefrontal cortex. After pan-neurexin deletions, we observed in these synapses severe but dramatically different synaptic phenotypes that ranged from major impairments in their distribution and function (climbing-fiber synapses) to large decreases in synapse numbers (parvalbumin-positive synapses) and severe alterations in action potential-induced presynaptic Ca²⁺ transients (somatostatin-positive synapses). Thus, neurexins function primarily as context-dependent specifiers of synapses.


Copyright © 2017 Elsevier Inc. All rights reserved.



PMID: 28472659

DOI: 10.1016/j.neuron.2017.04.011

Mutation Screening of the Neurexin 1 Gene in Thai Patients with Intellectual Disability and Autism Spectrum Disorder

Traduction: G.M.

Genet Test Mol Biomarkers. 2014 May 15.

Dépistage de mutation du gène de la Neurexin 1 Gene chez les patients thaïlandais avec déficience intellectuelle et troubles du spectre autistique

Yangngam S¹, Plong-On O, Sripo T, Roongpraiwan R, Hansakunachai T, Wirojanan J, Sombuntham T, Ruangdaraganon N, Limprasert P.

1 Graduate Program in Biomedical Sciences, Faculty of Medicine, Prince of Songkla University , Hat Yai, Songkhla, Thailand .

Résumé

Objet

Neurexin 1 a deux principales protéines isoformes utilisant des promoteurs alternatifs , codant pour les gènes de l'alpha - neurexine 1 ( α - NRXN1 ) et de bêta- neurexine 1 ( β - NRXN1 ).
Cette étude vise à explorer la possibilité que des variantes du gène NRXN1 prédisposent à la déficience intellectuelle (DI) et aux troubles du spectre autistique (TSA ) .

Méthodes

Les régions codantes de 24 exons et les frontières exon-intron (source Wiki : Chez les organismes eucaryotes, les exons sont les fragments d’un ARN primaire qui se retrouvent dans l’ARN cytoplasmique après épissage, par opposition aux introns (fragments d’ARN primaire éliminés au cours de l’épissage)  du gène NRXN1 ont été étudiées chez 115 patients thaïlandais avec DI et TSA par séquençage direct de l'ADN .

Résultats

Neuf nouveaux variants du gène NRXN1 ont été identifiés . Quatre nouveaux variants ont été trouvées dans le gène β - NRXN1 , une variante de six GGC répète dans l'exon 1 , et de trois variantes de la 5 'UTR . Cinq nouveaux variants ont été identifiés dans le gène α - NRXN1 , quatre variantes introniques (Un segment d'un gène situé entre les exons qui est enlevée avant la traduction de l'ARN messager et ne fonctionnent pas dans le codage pour la synthèse des protéines) et une variante faux-sens dans l'exon 14 ( c.2713T > A ou p.F905I ) .

Conclusion

Le dépistage de la mutation du gène NRXN1 chez les patients avec TSA et DI peut être utile pour identifier les variants potentiels prédisposant à la DI et au TSA. Cependant, d'autres études utilisant l'analyse fonctionnelle des protéines des nouveaux variants sont nécessaires pour une conclusion plus catégorique.

PMID : 24832020

Abstract

Aim: Neurexin 1 has two major protein isoforms using alternative promoters, coding for the alpha-neurexin 1 (α-NRXN1) and beta-neurexin 1 (β-NRXN1) genes. This study is to explore the possibility that variants of the NRXN1 gene predispose to intellectual disability (ID) and autism spectrum disorder (ASD). Methods: The coding regions in 24 exons and exon-intron boundaries of the NRXN1 gene were investigated in 115 Thai patients with ID and ASD by direct DNA sequencing. Results: Nine novel variants of the NRXN1 gene were identified. Four novel variants were found in the β-NRXN1 gene, one variant of six GGC repeats in exon 1, and three variants at the 5'UTR. Five novel variants were identified in the α-NRXN1 gene, four intronic variants and one missense variant in exon 14 (c.2713T>A or p.F905I). Conclusion: Mutation screening of the NRXN1gene in patients with ID and ASD may be useful to identify potential variants predisposing to ID and ASD. However, further studies utilizing protein functional analysis of the novel variants are required for a more definite conclusion.

Excess of rare novel loss-of-function variants in synaptic genes in schizophrenia and autism spectrum disorders

Traduction partielle : G.M.

Mol Psychiatry. 2013 Oct 15.

Excès de nouveaux variants rares de perte de fonction  dans les gènes synaptiques dans la schizophrénie et les troubles du spectre autistique

Kenny EM, Cormican P, Furlong S, Heron E, Kenny G, Fahey C, Kelleher E, Ennis S, Tropea D, Anney R, Corvin AP, Donohoe G, Gallagher L, Gill M, Morris DW.

Source

Neuropsychiatric Genetics Research Group, Department of Psychiatry, Institute of Molecular Medicine, Trinity College, Dublin, Ireland.

Abstract

La schizophrénie (SZ ) et les troubles du spectre autistique (TSA ) sont des troubles neurodéveloppementaux complexes qui peuvent partager une pathologie sous-jacente suggérée par des variantes génétiques de risque communs. 

We sequenced the exonic regions of 215 genes in 147 ASD cases, 273 SZ cases and 287 controls, to identify rare risk mutations. Genes were primarily selected for their function in the synapse and were categorized as: (1) Neurexin and Neuroligin Interacting Proteins, (2) Post-synaptic Glutamate Receptor Complexes, (3) Neural Cell Adhesion Molecules, (4) DISC1 and Interactors and (5) Functional and Positional Candidates. Thirty-one novel loss-of-function (LoF) variants that are predicted to severely disrupt protein-coding sequence were detected among 2 861 rare variants. We found an excess of LoF variants in the combined cases compared with controls (P=0.02). This effect was stronger when analysis was limited to singleton LoF variants (P=0.0007) and the excess was present in both SZ (P=0.002) and ASD (P=0.001). 

As an individual gene category, Neurexin and Neuroligin Interacting Proteins carried an excess of LoF variants in cases compared with controls (P=0.05). A de novo nonsense variant in GRIN2B was identified in an ASD case adding to the growing evidence that this is an important risk gene for the disorder. 

Ces données appuient la formation et la maintenance  des synapses en tant que mécanismes moléculaires clés pour la SZ et les TSA.

Pmid: 24126926 

Doi: 10.1038/mp.2013.127

Inherited genetic variants in autism-related CNTNAP2 show perturbed trafficking and ATF6 activation

Traduction: G.M.

Des variants génétiques hérités CNTNAP2 liés à l'autisme  montrent un trafic perturbé et une activation de ATF6

Falivelli G , De Jaco A , Favaloro FL , Kim H , J Wilson , Dubi N , Ellisman MH , Abrahams BS , Taylor P , D Comoletti .

Source

Département de pharmacologie, École Skaggs de pharmacie et de sciences pharmaceutiques, Université de Californie à San Diego, La Jolla, CA 92093 États-Unis.

Résumé

Bien que la variation génétique dans les gènes codant pour des protéines d'adhérence synaptiques aient été associés à des troubles du spectre autistique, l'un des gènes les plus constamment répliqué a été CNTNAP2, codant pour la contactin-associated protein-like 2 (CASPR2), une protéine transmembranaire multidomaine de la superfamille des neurexines.

En microscopie immunofluorescente confocale et avec des techniques biochimiques complémentaires, nous avons comparé des CASPR2 de type libre à douze mutations ponctuelles identifiées chez les personnes avec autisme. Contrairement à la protéine de type libre, localisée à la surface cellulaire, quelques-uns des protéines mutantes montrent une modification de la disposition cellulaire.En particulier, CASPR2-D1129H est largement retenue dans le réticulum endoplasmique en cellules HEK-293 et ​​dans les neurones hippocampiques.

BiP/Grp78, calnexine et ERp57, chaperons clés du réticulum endoplasmique, semblent être responsables de la rétention de ce mutant et de l'activation d'une voie de signalisation de la réponse des protéines dépliées.La présence de cette mutation diminue également l'expression et active la dégradation proteosomale. Une mutation déplacement du cadre qui provoque une forme d'épilepsie syndromique (CASPR2-1253 *), se traduit par une protéine sécrétée avec pliage en apparence normale et oligomérisation.

Prises ensemble, ces données indiquent que CASPR2-D1129H présente de sévères anomalies de trafic et CASPR2-1253* est une protéine sécrétée soluble, ce qui suggère que les fonctions de structure ou de signalisation de la forme membranaire captif sont perdues.

Nos données confirment une architecture génétique complexe dans laquelle de multiples facteurs de risque distincts interagissent avec les autres pour façonner le risque d'autisme et sa forme.

Neurexin and Neuroligin Mediate Retrograde Synaptic Inhibition in C. elegans

Traduction: G.M.

Neurexine et neuroligine médiateur d'une inhibition synaptique rétrograde chez C. elegans

Hu Z , Hom S , T Kudze , Tong XJ , Choi S , G Aramuni , Zhang W , JM Kaplan

Source

Département de Biologie Moléculaire, Hôpital général du Massachusetts, Boston, MA 02114, Etats-Unis

Résumé

Les molécules d'adhésion  synaptique neurexine et  neuroligine altérent le développement et la fonction des synapses et sont liées à l'autisme chez l'homme. 

Ici, nous avons constaté que la neurexine d'elegans de C. (NRX-1) et la neuroligine (NLG-1) ont agi sur un signal synaptique rétrograde qui a empêché le dégagement de neurotransmetteur aux jonctions neuromusculaires.

La signalisation rétrograde a été induite chez des mutants dépourvus de microARN musculaire (miR-1) et a été bloquée chez des mutants dépourvus de NLG-1 ou de NRX-1. 

La communication a été rapide et abrégée lorsque le signal rétrograde  alors mis en liberté était lente et prolongée lorsque la signalisation rétrograde a été bloquée. 

Le signal rétrograde cinétique de libération réglée par exocytose inhibe des vésicules synaptiques (SV) qui sont en aval du site d'entrée de calcium. 

L'inhibition de la libération a été véhiculée par une augmentation des niveaux de pré-synaptiques Tomosyn, un inhibiteur de la fusion SV.

Une protéine neuronale malformée liée au trouble autistique

Traduction G.M.

Une équipe internationale de scientifiques dirigée par des chercheurs de l'Université de Californie, San Diego, a identifié le mauvais repliement et d'autres anomalies moléculaires dans une protéine clé du cerveau associée aux troubles du spectre autistique.

Palmer Taylor, vice-chancelier adjoint de sciences de la santé à l'UC de San Diego et doyen de la faculté de pharmacie et des sciences pharmaceutiques Skaggs, et ses collègues rapporte dans l'édition du 10 Septembre du Journal of Biological Chemistry que le mauvais repliement d'une protéine appelée neuroligine-3, en raison à des mutations de gènes, provoque des deficiences de conduction qui peuvent conduire à des communications anormales entre les neurones.

Le repliement génétique des neuroligines est suspecté d’empêcher la formation normale et le fonctionnement des synapses neuronales. La mutation génétique a été trouvée chez les patients atteints d'autisme.

«C’est sensé qu’il existe un lien,» explique Taylor. «Les neuroligines sont impliqués dans le maintien des synapses neuronales et leur dysfonctionnement est susceptible d'affecter une maladie du développement neurologique.

Les neuroligines sont des protéines post synaptiques qui aident à l’assemblage des synapses en les connectant avec des protéines synaptiques associées appelées neurexines. Elles font partie de la vaste famille du groupe des protéines alpha-béta-hydrolase qui inclut de nombreuses protéines qui ont des fonctions de catalyse, d’adhésion et de sécrétions.

A l’aide de cultures vivantes de neurones, les chercheurs ont constaté que les différentes mutations à l’origine de differents degrés de mauvais repliement de la structure de la proteine, qui se traduisent en déficiences de connexion de sévérité variable par rapport à la protéine alpha-beta-hydrolase, entrainent différents troubles congénitaux

L’association des neuroligines et des mutations génétiques est relativement nouvelle en science. L’idée a été émise il y a 15 ans et le lien a été mis en évidence il y seulement 7 ans. Taylor explique que l’indentification et la description du lien avec la malformation de la protéine améliore la compréhension des causes complexes de certains autismes, ainsi que l’influence respective des gènes et de l’environnement et offre peut-être de nouvelles cibles pour les thérapies médicamenteuses potentielles.

« Si la mutation est identifiée précocement, il pourrait être possible de restaurer les neurones affectés avant que les connexions synaptiques anormales ne soient établies », explique Davide Comoletti, co-auteur et chercheur à la the Skaggs School of Pharmacy. "Mais il reste encore beaucoup de travail. Nous pouvons être capables de trouver un traitement pour des cellules in vitro mais restaurer une fonction in vivo peut être impossible en utilisant la même stratégie.