Only Perception: PSD-95、NO 與多重軸突

2008-12-17

PSD-95、NO 與多重軸突

Multiple axons and actions with PSD-95
http://www.physorg.com/news148563012.html

December 15, 2008

一氧化氮（NO）能使神經元湊在一起。而且它看似以反向（backward）方式進行。Nikonenko 等人的研究指出，在一種稱為 PSD-95 的蛋白質刺激下，NO 從突觸後樹突棘（postsynaptic dendritic spines）釋出，促使附近的突觸前軸突（presynaptic axons）鎖定（lock on），並發展新突觸。這項研究將出現在 2008 12/15 當期的 Journal of Cell Biology (JCB) 上。

事情已經愈來愈清楚，突觸形成（synaptogenesis）不單單是由軸突所驅使。PSD-95 是突觸後緻密物（postsynaptic densities，PSD）中一種主要的成份。突觸後緻密物是一種支架蛋白（scaffolding proteins）、神經傳導素受體與發訊蛋白的團塊，被認為形塑了樹突棘。而 PSD-95 濃度的減少則削弱突觸的發展。然而，PSD-95 如何作用，沒人知道。

Nikonenko 等人，使 PSD-95 在培養出來的海馬迴神經元中過度表現，並發現這些細胞的樹突棘生長成原本的 2 - 3 倍，而且通常由多個軸突所接觸 -- 在成年腦中是一件罕有的事。藉由使 PSD-95 的不同部份突變，該團隊發現，負責刺激多重軸突連結的區域也為結合一氧化氮合成酶所需。

研究團隊進入關鍵時刻，使神經元沐浴在一氧化氮中，並證明這足以刺激額外的軸突連結。由於使細胞沐浴在一氧化氮中且過度表現蛋白，並不能反應正常的生理學狀況，因此該團隊也抑制野生型神經元的一氧化氮合成酶，並證實突觸密度減少了。

過度表現的 PSD-95 增加了一氧化氮合成酶在突觸後樹突的總量，這指出 PSD-95 將合成酶補充至其所需之處。有趣的是，缺乏合成酶交互作用域（interaction domain）的 PSD-95 仍誘發超大尺寸的樹突棘，這指出 PSD-95 在突觸建構地點，帶了一頂以上的帽子。

※ 相關報導：

＊ PSD-95 promotes synaptogenesis and multiinnervated spine formation through nitric oxide signaling
http://jcb.rupress.org/cgi/content/abstract/183/6/1115

Irina Nikonenko, Bernadett Boda, Sylvain Steen,
Graham Knott, Egbert Welker, and Dominique Muller
The Journal of Cell Biology, Vol. 183, No. 6, 1115-1127
doi: 10.1083/jcb.200805132

Postsynaptic density 95 (PSD-95) is an important regulator of synaptic structure and plasticity. However, its contribution to synapse formation and organization remains unclear. Using a combined electron microscopic, genetic, and pharmacological approach, we uncover a new mechanism through which PSD-95 regulates synaptogenesis. We find that PSD-95 overexpression affected spine morphology but also promoted the formation of multiinnervated spines (MISs) contacted by up to seven presynaptic terminals. The formation of multiple contacts was specifically prevented by deletion of the PDZ2 domain of PSD-95, which interacts with nitric oxide (NO) synthase (NOS). Similarly, PSD-95 overexpression combined with small interfering RNA–mediated down-regulation or the pharmacological blockade of NOS prevented axon differentiation into varicosities and multisynapse formation. Conversely, treatment of hippocampal slices with an NO donor or cyclic guanosine monophosphate analogue induced MISs. NOS blockade also reduced spine and synapse density in developing hippocampal cultures. These results indicate that the postsynaptic site, through an NOS–PSD-95 interaction and NO signaling, promotes synapse formation with nearby axons.