大家好，今天为大家分享一篇发表在eLife上的文章，本文的通讯作者是来自法国波尔多大学的Olivier Thoumine。

神经连接如何在早期发育成功能性突触是神经生物学的一个关键问题，神经连接蛋白(Nlgns)等粘附分子被认为在这一过程中起着重要作用。然而，关于Nlgns在突触分化中的作用一直存在争议，包括Nlgns在控制突触数量方面的作用及其在调节基础兴奋性突触传递和可塑性方面的实际功能。这是由于使用敲除(KO)、敲低(KD)和过表达(OE)方法得到的不同结果引起的。

除了实验准备的差异外，这些依赖于对Nlgn表达水平的调控的研究都存在潜在的偏差，包括在KO情况下蛋白的代偿性表达，抑制性RNA的脱靶效应以及过表达Nlgns的错误定位。此外，由于缓慢的蛋白turnover过程，这些技术需要几天到几周的长期操作。因此，迫切需要一种新的方式，能够在不影响其表达水平的情况下，对神经配体信号通路进行急性控制。光遗传学非常适用于这种情况，它不仅能够成功调节神经元的兴奋性和内稳态，而且还能对神经元中蛋白前体的相互作用和信号通路进行微调。

作者先前鉴定了几种能够直接磷酸化Nlgn1的酪氨酸激酶，包括Trk家族受体和FGFR1。在这里，为了精确控制Nlgn1的活性，作者使用光激活的FGFR1(optoFGFR1)来控制内源性Nlgn1的磷酸酪氨酸水平，该激酶以Nlgn1中一个独特的胞内酪氨酸为靶点(Y782)。磷酸化的Nlgn1有望招募PSD-95从而捕获AMPA受体(AMPARs)。作者首先证明Nlgn1可以被optoFGFR1以一种依赖光的方式急性磷酸化。光对optoFGFR1的刺激导致的Nlgn1磷酸化与具有替代活性的FGFR1一样多。

然后，作者分别使用共聚焦显微镜和电生理学方法研究了触发Nlgn1酪氨酸磷酸化对小鼠器官型海马培养突触形态和功能的影响。暴露于470 nm光脉冲24小时的CA1神经元的树突棘密度增加了约25%，但在处于黑暗状态的表达optoFGFR1的神经元中保持稳定，也在光刺激的Nlgn1 KO神经元中保持稳定，表明这种效应是由内源性Nlgn1的光依赖性酪氨酸磷酸化介导的。作者还证明了光激活optoFGFR1可增强基础的AMPA受体而不是NMDA受体介导的兴奋性突触后电流。

作者之后敲除了内源Nlgn1并回补WT Nlgn1，得到了与内源表达Nlgn1相似的结果。重要的是，通过optoFGFR1激活而使突触密度和AMPA受体介导的EPSCs增加并没有在表达Nlgn1-Y782F的CA1神经元中观察到，这表明这些影响是由光激活optoFGFR1所引起的Nlgn1 Y782磷酸化介导的。

最后，作者探讨了Nlgn1磷酸化诱导的基础AMPAR介导电流的增加是否可以部分阻断NMDA依赖的长程增强效应 (long term potentiation，LTP)。作者诱导了大约三倍的AMPAR介导电流，并且该电流能够被NMDAR拮抗剂AP5阻断。光诱导下，电穿孔转入optoFGFR1相比非电穿孔组LTP平台水平显著降低约50%，另外与Nlgn1 KO对比表明Nlgn1磷酸化是导致野生型神经元LTP降低的原因。作者进一步通过模拟突触处的AMPAR捕获定量解释LTP数据说明了Nlgn1酪氨酸磷酸化通过促进高初始突触AMPAR水平来损害LTP。

与传统的操作Nlgn表达水平或用截断或突变型取代Nlgn亚型的方法不同，这种新的光遗传学方法允许对于内源性Nlgn1的酪氨酸磷酸化的精细调节，揭示了Nlgn1胞内信号在兴奋性突触后分化中的重要作用。该研究表明，Nlgn1酪氨酸磷酸化可特异性地调节树突棘数目，调节基础条件下的AMPAR募集，并损害LTP。

本文作者：WQW

文章链接：https://elifesciences.org/articles/52027

文章引用：DOI：10.7554/eLife.52027