Стыковка синаптических везикул на пресинаптической мембране, индуцируемая ?-синуклеином, модулируется липидным составом

-синуклеин (aS) - это пресинаптический неупорядоченный белок, аберрантная агрегация которого связана с болезнью Паркинсона. Функциональная роль АС до сих пор обсуждается, хотя она участвует в регуляции высвобождения нейромедиаторов через взаимодействие с синаптическими везикулами (СВС). Мы сообщаем здесь подробную характеристику конформационных свойств AS, связанных с внутренними и внешними листками пресинаптической плазматической мембраны (ПМ), используя небольшие однослойные везикулы. Наши результаты показывают, что aS предпочтительно связывает внутреннюю листовку PM. На основе этих исследований мы охарактеризовали in vitro механизм, с помощью которого aS стабилизирует, в зависимости от концентрации, стыковку SVs с PM путем установления динамической связи между двумя мембранами. Затем исследование дает доказательства того, что изменения в липидном составе ПМ, обычно связанные с нейродегенеративными заболеваниями, изменяют режимы связывания АС, особенно в сегменте последовательности, перекрывающемся с областью неамилоидного компонента. Взятые вместе, эти результаты показывают, как липидный состав модулирует взаимодействие АС с ПМ и лежит в основе его функционального и патологического поведения in vitro.
Вступление

-синуклеин (aS) - это белок 14 кДа, агрегация которого тесно связана с болезнью Паркинсона (БП) и другими нейродегенеративными расстройствами,коллективно известными как синуклеинопатии,которые включают деменцию с телами Леви и множественную системную атрофию 1,2, 3, 4. Агрегаты АС являются основными компонентами интранейронных включений, известных как тела Леви5. Генетические связи также существуют между aS и семейными формами раннего начала PD, включая мутации, дупликации и трипликации кодирующего AS гена 3.

Хотя функция aS все еще обсуждается 6, ее распространенность на пресинаптических концах указывает на то, что она может быть вовлечена в синаптическую пластичность 7 и обучение8. Более конкретно, существует большое количество свидетельств о роли АС в регуляции гомеостаза синаптических везикул (СВС) во время высвобождения нейромедиаторов9.,10,11,12,13,14, включая контексты, требующие интенсивной нейронной активности15. Как показывает сродство связывания к СВС in vitro, так и сильно колокализуется с СВС в синаптосомах в присутствии ионов кальция 16. При связывании SVs, aS имеет тенденцию способствовать их кластеризации 12,13,14,17, процесс, который был связан с поддержанием пулов SV на синаптическом конце 11,18,19,20. Кроме того, как было показано,он влияет на регуляцию движения везикул от эндоплазматического ретикулума (ЭР) к Гольджи 13, 20 и локализуется на мембранах митохондрий, где было предложено смягчать эффекты окислительного стресса 21,22,23,24. Все эти предполагаемые функции аС требуют его связывания с биологическими мембранами 25,26, центрального взаимодействия,которое определяет соответствующую биологическую форму аС in vivo27 и влияет на кинетику его агрегации11,28, 29, а также на токсичность его агрегатов 1,30,31.

Поэтому характеристика механизма связывания АС с синаптическими мембранами имеет решающее значение для выяснения его биологических свойств в физиологических и патологических условиях. Однако внутреннее структурное нарушение aS в цитозоле 32 частично сохраняется в его мембраносвязанном состоянии, что затрудняет изучение механизма мембраносвязывания, а также конформационных свойств его мембраносвязанных форм. При связывании с липидными бислоями, как обогащается амфипатическая ?-спиральная структура, конформационная особенность усиливается семью несовершенными последовательностями повторов в области, охватывающей остатки 1-9033,34,35,36,37. Эти модульные последовательности обеспечивают пластичность для связывания большого разнообразия липидных мембран с помощью нескольких режимов связывания35 и принятия различных структурных топологий,таких как broken36, 38 и полностью расширенные ?-хелики27,39.

Здесь мы изучали конформационные свойства АС при связывании с внутренними (цитозольными) и внешними (внеклеточными) листками пресинаптической мембраны (ПМ). Полученные результаты свидетельствуют о значительном предпочтении связывания внутренней листовки ПМ (ИПМ), где аС индуцирует концентрационно-зависимым образом стабилизацию стыковки СВС. Лежащему в основе механизма "двойного якоря" способствуют отличительные структурные и топологические свойства АС на поверхности ИПМ. Затем полученные данные показывают, что изменения в липидном составе ПМ типа, происходящие при нейродегенеративных состояниях, изменяют связывающие и конформационные свойства АС, особенно в сегменте последовательности, который существенно перекрывается с областью неамилоидного компонента (NAC).

В совокупности эти результаты показывают, как конформационные свойства АС на внутренних и наружных листках ПМ сильно зависят от состава липидной мембраны и регулируют ее поведение в физиологических и патологических условиях.

Источник: www.nature.com

Комментарии: