ELP3调控Bruchpilot乙酰化与突触功能

ELP3通过乙酰化ELKS家族成员Bruchpilot调控活性区形态

摘要

延长因子蛋白3（ELP3）在细胞核内乙酰化组蛋白，但也发挥细胞质中的功能。本文报道，在果蝇神经元中，ELP3对于乙酰化ELKS家族成员Bruchpilot是必需且充分的，而Bruchpilot是突触前密度的重要组成部分，神经递质在此处释放。我们发现，在elp3突变体中，突触前密度能够正常组装，但表现出形态学缺陷，其胞质延伸覆盖面积更大，导致囊泡锚定增加以及神经递质释放更为高效。我们提出一个模型：突触处ELP3依赖的Bruchpilot乙酰化调控单个突触前密度的结构及神经递质释放效率。

引言

突触是具有紧密相对的突触前和突触后元件的高度特化结构（Haucke等，2011）。尽管细胞内突触的基本组成可能相似，但突触接触并非一成不变，各个释放位点的突触效能也存在差异（Marrus等，2004；Peled和Isacoff，2011；Pelkey等，2006；施密特等，2008）。这种异质性表明，突触前释放位点的功能可能受到局部调控（Nicoll和Schmitz，2005；Pelkey和McBain，2007）。因此，阐明调控单个活性区功能的机制，将有助于理解健康与疾病状态下突触可塑性的调控。

突触小泡在活性区融合，活性区是与突触后受体区直接对齐的特化突触前结构（彼得森等，1997）。在果蝇中，活性区含有电子致密T形带，而布鲁赫蛋白（BRP）是一种大型细胞骨架样蛋白质，为哺乳动物ELKS的直系同源物，是这些结构的重要组成部分（日田和大塚，2010；Kittel等，2006）。BRP在大分子实体中自组装，其中单个BRP链的N端在质膜附近连接，而其C端则像雨伞一样伸向细胞质（富凯等，2009；焦等，2010）。与其它物种中的突触前特化结构类似，BRP被认为通过其C端延伸部分捕获突触小泡，将突触小泡集中在活性区，从而促进突触传递（Hallermann等，2010b；翟和贝伦，2004）。尽管单个活性区中BRP的丰度与释放效率相关（格拉夫等，2009；Marrus等，2004；施密特等，2008），但关于调控突触前释放位点功能的分子机制仍知之甚少。本文中，我们鉴定出延长因子蛋白3（ELP3），即延长因子复合物的一个成员，作为T形致密体功能和形态的调控因子。

ELP3最初在酵母中被鉴定为核延长因子复合物的成员（奥特罗等，1999）。ELP3含有Gcn5相关乙酰转移酶（GNAT）结构域，并可乙酰化组蛋白H3中的赖氨酸（Han等，2008；Winkler等，2002），从而修饰DNA染色质结构（瓦利亚等，1998）。植物中的ELP3直系同源物主要位于细胞核内，然而，在酵母和多个其他物种中，该蛋白质也定位于细胞质，在那里被认为参与tRNA修饰以及微管蛋白的乙酰化；但其具体机制尚不清楚（克雷佩等，2009；索林格等，2010；Verse´es等，2010）。

有趣的是，ELP3多态性已被发现与肌萎缩侧索硬化症风险降低相关（辛普森等，2009），而ELP1突变则导致家族性自主神经功能异常（切什维利等，2011；斯劳根霍夫特和古塞拉，2002）。

为了理解ELP3的功能，我们研究了ELP3在体外和体内对神经元的作用。我们发现，在果蝇神经肌肉接头（NMJs）中，突触前elp3功能丧失会导致T形带的形态和功能发生改变，而这一现象的发生并不伴随微管蛋白乙酰化的缺陷。我们发现，在elp3突变体中，T形致密体的结构发生变化，倾向于形成更复杂的胞质延伸，更多的突触小泡被锚定在这些T形致密体上，并且神经递质释放效率提高，包括更大的易释放囊泡池（RRP）。我们的数据表明，ELP3在体外和体内对于BRP乙酰化是必要且充分的，我们提出一个模型：类似于组蛋白的乙酰化，BRP的乙酰化调控T形致密体的胞质延伸，从而控制活性区对突触小泡的捕获以及神经递质释放效率。

结果

Elp3是一个必需基因

我们先前分离了两个elp3的EMS等位基因（elp3 1和elp3 2），它们在乙酰转移酶结构域中带有错义突变（