CIMA-1维持突触空间位置的分子机理

Synapses are structures that permit neurons to pass an electrical or chemical signal to their target cells. Synapses are formed with remarkable specificity. Neurons must form synapses onto right partners, at the right position. The specification of synapses has been widely studied. However, little is known about the maintenance of synaptic position. Using nematode C. elegans as a model, the applicant has recently identified a mammalian sialin homolog CIMA-1 required for synaptic position maintenance. In epidermal cells, CIMA-1 suppresses a specific isoform of fibroblast growth factor receptor EGL-15(5A) to maintain synaptic position. The goal of this proposal is to address the molecular mechanism underlying the regulation of EGL-15(5A) by CIMA-1 and identify the downstream components in this signal pathway. To reach this goal, two hypotheses will be tested using genetic, biochemical and cell biological approaches. First, we will test the hypothesis that CIMA-1 suppresses EGL-15(5A) stability through post translational glycosylation modification; Second,we will test the hypothesis that cima-1 maintains synaptic position through regulating the cell adhesion.This study will further gain insight into the maintenance of synaptic position and can provide some clues underlying sialin-related neurodegenerative disorders.

突触是神经回路中传递电或者化学信息的桥梁。突触必须在特定的神经元间的特定的空间位置形成和维持。突触的形成已有一定的研究，但突触位置的维持在国内外研究的很少。以实验动物模型秀丽线虫为对象，申请者发现唾液素的同源蛋白CIMA-1通过在上皮细胞中抑制成纤维细胞生长因子受体剪接型EGL-15(5A)来调控CEPsh胶质细胞（类似哺乳类的星形胶质细胞）的形态，从而维持突触在成虫时期的空间位置（发表于2013年cell）。本课题主要分析CIMA-1调控EGL-15(5A)的机理，并且筛选cima-1维持突触位置的其它下游基因和分析其信号通路。为此，本课题将通过遗传、生化和细胞生物学的方法验证两个假设：1）CIMA-1通过糖基化修饰来抑制EGL-15(5A)的蛋白稳定性；2）CIMA-1通过调控抑制细胞的粘连作用来维持突触位置。该研究将有助于了解突触位置维持和唾液素相关的神经退行性疾病的分子机理。

大脑中近千亿神经元间通过高度特异的连接——化学突触（简称突触），来联系和交流信息。突触发育异常和维持缺陷常常会导致各种神经疾病，如自闭症、精神分裂症、老年痴呆等。然而突触发育和维持的机理尚不清楚。cima-1是维持突触空间特异性所必须的。本项目目的是主要是分析CIMA-1的作用机理。.通过正向遗传筛选，发现了：1）ADAMT家族的mig-17的突变可以显著抑制cima-1突变体中的异位突触的形成；2）mig-17主要在肌肉和神经系统中表达，并且定位在基底膜和神经环处；3）mig-17是通过抑制cima-1突变体的胶质细胞向后延伸从而抑制AIY的异位突触形成；4）MIG-17是通过金属蛋白酶活性来起作用；5）mig-17突变后许多细胞外基质和基底膜成分表达发生改变；6）重要基底膜成分蛋白编码基因如unc-52，let-2，emb-9和受体基因sdn-1都参与了cima-1对突触的维持；7）mig-17等分子对AIY突触的影响和对胶质细胞形态的影响是一致的。.通过反向遗传筛选发现：1）pes-7 缺失显著抑制cima-1突变体的异位突触；2）pes-7主要在神经系统中表达并起作用；3）pes-7的只对异位突触的抑制，不抑制胶质细胞CEPsh的异常； 4）IQGAP的作用蛋白RhoGTPase CDC-42的敲低或者敲除同样会抑制cima-1突变体，并且和pes-7作用在同一条信号通路中； 5）CDC-42的GTPase活性是调控cima-1异位突触所必须的；6）PES-7的N端的CH域和中间的GRD域对于cima-1突变体中突触的发育有关键作用；7）野生型中过表达pes-7也能导致cima-1突变的表型；8）过表达pes-7也能诱导cima-1、cdc-42或者cima-1、pes-7、cdc-42中的异位突触形成，暗示着pes-7作用在cdc-42的下游；9）PES-7主要定位在胞浆中，集中在近细胞膜区；10）pes-7是通过调控F-actin来影响突触的发育。.通过遗传、分子和细胞生物学分析，我们发现肌肉中分泌的MIG-17，通过调控胞外骨架蛋白从而调控cima-1突变体的CEPsh胶质细胞的形态，从而调控AIY突触位置； 而神经元中的PES-7接受CDC-42的信号，通过调控F-actin的聚合来调控突触的形成。这些发现为理解相关的脑疾病机理提供重要线索。