GluK1 カイネート受容体のエクソン9スプライス挿入の機能的意義

Core Concepts

GluK1 カイネート受容体のアミノ末端ドメインにあるスプライス挿入は、受容体の脱感作特性、アゴニスト感受性、電位依存性ブロックなどの機能的特性を変化させる。また、これらの特性はカイネート受容体の補助タンパク質Netoタンパク質によって異なる様式で調節される。

Abstract

本研究は、GluK1カイネート受容体のアミノ末端ドメインにあるスプライス挿入の機能的意義を明らかにすることを目的としている。
まず、ヒト脳におけるGRIK1遺伝子のエクソン9の発現パターンを解析し、この挿入配列が発達期の特定の脳領域で高発現していることを示した。
次に、スプライス挿入を含むGluK1-1a受容体とスプライス挿入のないGluK1-2a受容体の機能的特性を電気生理学的に比較した。その結果、GluK1-1aは、GluK1-2aに比べて脱感作が遅く、グルタミン酸に対する感受性が低く、電位依存性ブロックが増強されていることが明らかになった。
さらに、GluK1受容体の補助タンパク質であるNeto1とNeto2の調節作用についても検討した。その結果、Neto1はGluK1-1aの脱感作を促進し、回復を加速するのに対し、Neto2はGluK1-1aの脱感作を著しく遅延させることが分かった。一方、GluK1-2aに対するNeto1とNeto2の調節作用は異なっていた。
スプライス挿入部位のアミノ酸変異体の解析から、K368、K375、H376、K379、K382の5つの塩基性アミノ酸残基がGluK1-1aの機能的特性や Netoタンパク質による調節に重要であることが示された。
最後に、GluK1-1aの単粒子cryo-EMによる構造解析を行ったが、スプライス挿入部位の密度は明瞭ではなく、スプライス挿入がレセプター構造に大きな影響を与えていないことが示唆された。
以上の結果から、GluK1受容体のアミノ末端ドメインのスプライス挿入は、受容体の機能的特性を大きく変化させ、Netoタンパク質による調節にも影響を及ぼすことが明らかになった。この知見は、カイネート受容体の多様な機能発現機構の理解に重要な示唆を与えるものである。

Stats

グルタミン酸による脱感作速度(τDes)
GluK1-1a: 5.21 ± 0.50 ms
GluK1-2a: 3.55 ± 0.23 ms
カイネートによる1秒時の脱感作率
GluK1-1a: 72.06 ± 2.33 %
GluK1-2a: 93.2 ± 0.55 %
グルタミン酸EC50
GluK1-1a: 379.3 ± 52 μM
GluK1-2a: 187.7 ± 33 μM
カイネート/グルタミン酸ピーク電流比(IK/IG)
GluK1-1a: 1.51 ± 0.13
GluK1-2a: 0.56 ± 0.4

Quotes

「GluK1-1aは、GluK1-2aに比べて脱感作が遅く、グルタミン酸に対する感受性が低く、電位依存性ブロックが増強されていた。」
「Neto1はGluK1-1aの脱感作を促進し、回復を加速するのに対し、Neto2はGluK1-1aの脱感作を著しく遅延させた。」
「K368、K375、H376、K379、K382の5つの塩基性アミノ酸残基がGluK1-1aの機能的特性やNetoタンパク質による調節に重要であった。」

Key Insights Distilled From

Functional Implications of the Exon 9 Splice Insert in GluK1 Kainate Receptors

by Dhingra,S., ... at www.biorxiv.org 06-23-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.06.20.545708v2

Deeper Inquiries

GluK1受容体のスプライス変異体は、どのような生理学的役割を担っているのだろうか。

GluK1受容体のスプライス変異体であるGluK1-1aは、ATD（アミノ末端ドメイン）に15個のアミノ酸が挿入されており、このスプライス挿入が受容体の機能に影響を与えています。機能解析の結果、GluK1-1aはGluK1-2aと比較して、脱感作速度が遅く、脱感作後の回復が速いことが示されました。また、グルタミン酸感受性やチャネルの整流性にも影響を与え、カイネートとグルタミン酸の効力に差異が見られました。さらに、Neto1およびNeto2との相互作用によって、GluK1-1aの機能が調節されることが示されました。これらの結果から、GluK1-1aのスプライス挿入は受容体の機能や調節に重要な役割を果たしており、神経伝達やプラスチシティにおける重要な役割を担っていると考えられます。

Netoタンパク質がGluK1受容体の機能を調節する分子メカニズムはどのようなものか。

Netoタンパク質は、GluK1受容体の機能を調節する際に重要な役割を果たしています。実験結果から、Neto1はGluK1-1aの脱感作速度を速め、脱感作後の回復を促進することが示されました。一方、Neto2は脱感作速度を遅くし、回復速度には影響を与えませんでした。さらに、Neto1およびNeto2は、GluK1-1aおよびGluK1-2aの効力にも影響を与え、受容体の整流性にも変化をもたらしました。これらの結果から、Netoタンパク質は、GluK1受容体の機能を複雑な方法で調節し、特定のスプライス挿入残基との相互作用によって異なる影響を与えることが示唆されます。

GluK1受容体のスプライス変異体の発現異常は、どのような神経疾患に関与しているのだろうか。

GluK1受容体のスプライス変異体の発現異常は、神経疾患の発症や進行に関与している可能性があります。過去の研究から、iGluR（イオン性グルタミン酸受容体）の異常は、自閉症、てんかん、統合失調症、および神経痛などの神経疾患と関連していることが知られています。GluK1受容体は、神経伝達やシナプス可塑性に重要な役割を果たしており、その機能の変化は神経疾患のリスクを増加させる可能性があります。したがって、GluK1受容体のスプライス変異体の発現異常が、これらの神経疾患の病態生理に関与している可能性があり、そのメカニズムを理解することが重要です。今後の研究により、GluK1受容体のスプライス変異体が神経疾患の治療法の開発において重要な標的となる可能性があります。