Regulación de la liberación vesicular por la interacción de beta-neurexinas con neuroliguinas en las sinapsis

• Autores: Juan Antonio Páez Prosper
• Directores de la Tesis: Francisco Gómez Scholl (dir. tes.), Guillermo Álvarez de Toledo Naranjo (codir. tes.), Antonio Gonzalo Castellano Orozco (tut. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2013
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Lucía Tabares (presid.), Ángel Manuel Pastor Loro (secret.), Amalia Martínez Mir (voc.), Ángel Manuel Carrión Rodríguez (voc.), Manuel Ruiz Rubio (voc.)
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• Resumen

  • Las sinapsis son contactos intercelulares especializados en transmitir información entre neuronas. Los sistemas de adhesión trans-sinápticos pueden regular la función sináptica, organizando los complejos proteicos pre y post-sinápticos. Uno de estos sistemas de adhesión es el formado por neurexinas y neuroliguinas. Las neurexinas son proteínas transmembrana con función presináptica. Existen 3 genes en mamíferos con dos promotores alternativos que codifican las isoformas largas o alfa-neurexinas, y las isoformas cortas o beta-neurexinas. Además, mediante splicing alternativo en la región extracelular de neurexinas, se generan cientos de isoformas. Las neuroliguinas son proteínas transmembrana con función postsináptica. Diferentes genes codifican diferentes neuroliguinas, que localizan específicamente en sinapsis gluta- o gabaérgicas. Las interacciones neurexina-neuroliguina son reguladas por splicing alternativo en sus regiones extracelulares (1, 2). La regulación de estas interacciones puede mediar mecanismos sinápticos como fusión de vesículas o probabilidad de liberación, por interacciones del dominio citoplásmico. Además, mutaciones en beta-neurexina-1 y neuroliguina-3 y -4 se han asociado con el trastorno del espectro autista (3).

    La función de neurexinas y neuroliguinas y sus interacciones con la maquinaria de liberación es potencialmente relevante pero aún bastante desconocida, ya que el estudio de estas interacciones se ve dificultado por la diversidad de isoformas y la complejidad del estudio de la función sináptica. En nuestro laboratorio hemos desarrollado aproximaciones moleculares para estudiar funcionalmente sinapsis mediadas por pares específicos de neurexinas y neuroliguinas. La función presináptica puede ser estudiada mediante sondas sinápticas como sypHy, una proteína de fusión entre sinaptofisina y GFP sensible a pH (4). Previamente hemos observado que la expresión postsináptica de neuroliguina-1 incrementa la liberación presináptica medida con sypHy, mientras que la liberación se ve reducida cuando se afecta la función de beta-neurexina. Actualmente estamos profundizando en el estudio de la función sináptica mediada por neuroliguinas-3 y -4, afectadas en autismo, como un modelo para entender las bases sinápticas asociadas a casos de enfermedad mental.

    Todos estos resultados nos han llevado a las siguientes conclusiones: 1. La combinación de abordajes de expresión lentiviral con el empleo de la sonda sináptica fluorescente sypHy permite analizar la liberación vesicular en los terminales inducidos por neuroliguinas.

    2. La expresión de neuroliguina-1 en el terminal postsináptico incrementa la liberación sináptica. Este incremento está asociado con un aumento en el tamaño de los distintos contingentes vesiculares, como son el RRP, el pool de reciclaje y pool de reserva.

    3. El efecto de neuroliguina-1 en la liberación vesicular está modulado por la presencia del sitio de splicing B, en el dominio extracelular. El empleo de isoformas de neuroliguina-1 que contienen el sitio B, neuroliguina-1(+B), aumenta la liberación vesicular en menor grado que isoformas que carecen del sitio B, neuroliguina-1(-B).

    4. La interacción entre neuroliguina-1(+B) y neurexina-ß está regulada por splicing alternativo. Isoformas de neurexina-1ß que carecen en su dominio extracelular del sitio de splicing 4 se unen con neuroliguina-1(+B) y se re-clutan a los terminales mediados por neuroliguina-1(+B).

    5. La ausencia del dominio citoplásmico de neurexina-ß no impide la correcta localización en neuronas en cultivo, ni la capacidad de interaccionar con neuroliguina-1(+B).

    6. La expresión de neurexina-ß (¿S4) aumenta la liberación vesicular en las sinapsis mediadas por neuroliguina-1. Por el contrario, la expresión de un mutante de neurexina-ß (¿S4) que carece del dominio citoplásmico, reduce la liberación vesicular. Estos experimentos de ganancia o pérdida de función indican una ruta retrógrada de señalización mediada por neurexina-ß presináptica y neuroliguina-1 postsináptica que regula la probabilidad de liberación del terminal.

    7. Existe una relación directa entre la liberación vesicular por isoformas de neuroliguinas y la afinidad de unión con neurexina-ß. Así, neuroliguina-2 y -3 no incrementan la liberación vesicular y tienen una baja afinidad por neurexina-ß, mientras que neuroliguina-4 incrementa la liberación vesicular, aunque en menor medida que neuroliguina-1, en consonancia con su menor afinidad relativa por neurexina-ß.

    8. Las neurexinas sufren un procesamiento proteolítico secuencial mediado por metaloproteasas y ¿-secretasas que se estimula por actividad sináptica. El procesamiento de neurexinas podría servir como un sistema de regulación de la función de neurexinas en el terminal sináptico.

    Referencias: 1. Boucard AA, Chubykin AA, Comoletti D, Taylor P, Südhof TC. A splice code for trans-synaptic cell adhesion mediated by binding of neuroligin-1 to alpha- and betaneurexins. Neuron 2005. 48(2), 229-36.

    2. Chih B, Gollan L, Scheiffele P. Alternative splicing controls selective trans-synaptic interactions of the neuroligin-neurexin complex. Neuron. 2006 Jul 20;51(2):171-8.

    3. Südhof T. Neuroligins and neurexins link synaptic function to cognitive disease. Nature 2008. 455(7215):903-11 (2008) 4. Granseth B, Odermatt B, Royle SJ, Lagnado L. Clathrin-mediated Endocitosys is the Domiant Mechanism of Vesicle Retrieval at Hippocampal Synapses. Neuron 2006. V51, pp 773-786