Fragile X精神遅滞タンパク質は、マウスの海馬と前頭前野の間で、細胞型特異的な方法で樹状突起Iを双方向に制御している

Fragile X Mental Retardation Protein Bidirectionally Controls Dendritic I in a Cell Type-Specific Manner between Mouse Hippocampus and Prefrontal Cortex.

• Federico Brandalise
• Brian E Kalmbach
• Preeti Mehta
• Olivia Thornton
• Daniel Johnston
• Boris V Zemelman
• Darrin H Brager

抄録

フラジールX症候群（FXS）にはチャネル障害が関与しているが、特定のイオンチャネルの機能障害は細胞の種類によって異なる。我々は以前、FXSモデルマウスのCA1樹状突起ではHCNチャネル機能が上昇しているが、L5 PFC樹状突起では低下していることを示した。雄性マウスを用いて、FXSの原因となるタンパク質であるFragile X Mental Retardation Protein（FMRPO）の欠失がCA1樹状突起とL5 PFC樹状突起のHCNチャネルを異なる方法で調節しているかどうかを調べた。ウイルスツール、細胞内ペプチド、樹状突起電気生理学の組み合わせを用いて、FMRPが細胞の自律的なタンパク質-タンパク質相互作用を介してHCNチャネルを制御していることを明らかにした。ウイルス性に発現したFMRPは、CA1ニューロンとL5ニューロンの両方において、WT HCNチャネルに関連した樹状突起の特性を回復させた。非RNA結合N末端フラグメントであるFMRPを細胞内に急速に灌流すると、同様に樹状突起機能が回復した。タンパク質-タンパク質相互作用の裏付けとして、我々はFMRPが海馬とPFCの両方でHCN-TRIP8b複合体と関連していることを発見しました。最後に、電圧クランプ記録は、FMRPが個々のチャネルの特性ではなく、機能的な樹状突起HCNチャネルの数を調節することによってIを調節していることを示しました。以上のことから、FMRPの有無に基づくCA1およびPFCニューロンの樹状突起機能の変化の性質について、3つの新しい知見が得られた。さらに、これらの知見は、FMRPが細胞環境に応じて、その標的を逆方向に制御することができるという証拠を提供しています。樹状突起機能の変化、特に電圧依存性イオンチャネルの変化は、ますます神経疾患の焦点となっています。我々は以前に、Fragile X症候群モデルのマウスを用いて、細胞型特異的なチャネル障害を同定した。今回の研究では、フラジールX症候群には存在しないフラジールX精神遅滞タンパク質を成体のCA1およびL5 PFCニューロンで置換することで、機能的な樹状突起HCNチャネルの数が細胞型特異的に制御されていることを示した。これらの結果は、Fragile X精神遅滞蛋白質が細胞自律的な蛋白質-蛋白質機構を介して樹状HCNチャネルを制御していることを示唆している。

Channelopathies are implicated in Fragile X syndrome (FXS), yet the dysfunction of a particular ion channel varies with cell type. We previously showed that HCN channel function is elevated in CA1 dendrites of the mouse model of FXS, but reduced in L5 PFC dendrites. Using male mice, we tested whether Fragile X Mental Retardation Protein (FMRPO), the protein whose absence causes FXS, differentially modulates HCN channels in CA1 versus L5 PFC dendrites. Using a combination of viral tools, intracellular peptide, and dendritic electrophysiology, we found that FMRP regulates HCN channels via a cell-autonomous protein-protein interaction. Virally expressed FMRP restored WT HCN channel-related dendritic properties in both CA1 and L5 neurons. Rapid intracellular perfusion of the non-mRNA binding N-terminal fragment, FMRP, similarly restored dendritic function. In support of a protein-protein interaction, we found that FMRP associated with HCN-TRIP8b complexes in both hippocampus and PFC. Finally, voltage-clamp recordings showed that FMRP modulated I by regulating the number of functional dendritic HCN channels rather than individual channel properties. Together, these represent three novel findings as to the nature of the changes in dendritic function in CA1 and PFC neurons based on the presence or absence of FMRP. Moreover, our findings provide evidence that FMRP can regulate its targets in opposite directions depending upon the cellular milieu. Changes in dendritic function, and voltage-gated ion channels in particular, are increasingly the focus of neurological disorders. We, and others, previously identified cell type-specific channelopathies in a mouse of model of Fragile X syndrome. The present study shows that replacing Fragile X Mental Retardation Protein, which is absent in Fragile X syndrome, in adult CA1 and L5 PFC neurons regulates the number of functional dendritic HCN channels in a cell type-specific manner. These results suggest that Fragile X Mental Retardation Protein regulates dendritic HCN channels via a cell-autonomous protein--protein mechanism.

Copyright © 2020 the authors.