非纤维状的多元蛋白胶原CLE-1决定了胆碱能突触的特性

《SCIENCE ADVANCES》：The nonfibrillar multiplexin collagen CLE-1 defines cholinergic synapse identity

神经递质受体在突触处的精准定位依赖于多种分子机制。本文通过遗传筛选和蛋白互作分析，发现线虫中CLE-1B蛋白（胶原蛋白 XV/XVIII的近源）与Punctin（ADAMTSL3的近源）形成复合体，通过调控Punctin的蛋白酶解片段定位，维持胆碱能突触（AChRs）与抑制性突触（GABARs）的特异性分布。cle-1B突变导致AChRs向GABARs突触异常聚集，且cle-1B的NC1结构域对Punctin的定位至关重要。此外，CLE-1B通过独立于Punctin的机制调控突触受体数量。该研究揭示了非纤丝胶原蛋白在突触身份维持中的双重功能：既通过空间排列调控突触组成，又通过分子量调控影响受体密度。

　　在神经元之间的通信过程中，神经递质受体的精准定位是实现高效神经传递的关键环节。这一过程通常依赖于突触粘附分子在突触前和突触后之间的跨突触相互作用。然而，一些细胞外蛋白通过更为隐晦的机制协调突触前和突触后的分化。在这项研究中，我们发现了一种非纤维状胶原蛋白CLE-1，它属于进化保守的多重素蛋白家族，是维持突触身份的关键决定因素。在果蝇中，CLE-1的同源蛋白在神经突触中发挥重要作用，而其在秀丽隐杆线虫（*Caenorhabditis elegans*）中的作用尚不明确。

秀丽隐杆线虫的肌肉细胞被胆碱能和GABA能运动神经元所支配。CLE-1B是运动神经元分泌的一种形式，它在神经肌肉接头（NMJ）中定位于特定的突触位置。当CLE-1B缺失时，乙酰胆碱受体（AChRs）会重新定位到GABA能突触。这一现象表明，CLE-1B在突触受体定位过程中扮演了重要角色。此外，CLE-1还独立地调节突触后受体的丰度，这进一步强调了其在突触形成和维持中的双重功能。

我们的研究揭示了CLE-1如何通过与Punctin形成分子复合物，协调突触前和突触后的定位，从而维持突触身份。Punctin是一种重要的细胞外支架蛋白，对于组织线虫NMJ至关重要。它在突触前和突触后定位中发挥了关键作用。在本研究中，我们发现CLE-1B不仅促进了Punctin在突触处的定位，还通过特定的蛋白裂解机制影响Punctin的不同片段的分布。这种裂解产物在突触前和突触后有特定的定位模式，而CLE-1B则对这些片段的定位具有决定性作用。

在CLE-1B缺失的情况下，Punctin的某些片段无法正常定位于突触，导致AChRs被错误地重新定位到GABA能突触。这一现象进一步说明了CLE-1B在维持突触身份中的重要性。同时，我们发现CLE-1不仅影响Punctin的定位，还通过独立于Punctin的机制调节突触后受体的丰度。这种双重功能表明，CLE-1在突触组织中起着关键的整合作用。

此外，CLE-1的NC1结构域在Punctin片段的定位中起着重要作用，而其N端结构域则可能与受体的丰度调节有关。这一发现为理解突触组织中分子之间的相互作用提供了新的视角。CLE-1B与Punctin之间的相互作用不仅限于突触的定位，还可能涉及更广泛的细胞外信号传递机制。这种机制可能在神经系统发育和功能中发挥重要作用。

研究还发现，CLE-1与Punctin的相互作用在维持突触前和突触后的平衡中至关重要。在CLE-1B缺失的情况下，突触前和突触后的分子组成发生变化，导致神经传递效率下降。这种变化不仅影响AChRs的定位，还可能对其他类型的神经递质受体产生影响。因此，CLE-1B在突触形成和维持中扮演了关键角色。

此外，CLE-1B在秀丽隐杆线虫中的作用可能与哺乳动物中的相关蛋白具有相似性。例如，哺乳动物中的胶原蛋白XV/XVIII在突触形成和功能中起重要作用。CLE-1B的结构和功能与这些蛋白有显著的相似之处，这提示我们可能在不同物种中观察到类似的分子机制。

在神经科学领域，研究这些细胞外分子如何协调突触前和突触后的分化对于理解神经系统的发育和功能至关重要。CLE-1B和Punctin之间的相互作用可能揭示了突触组织中新的分子机制，这些机制不仅影响突触的定位，还可能影响突触的结构和功能。因此，CLE-1B和Punctin的相互作用为研究突触组织提供了重要的线索。

这项研究的结果不仅加深了我们对秀丽隐杆线虫突触组织机制的理解，还可能为其他生物体中的类似过程提供参考。例如，在哺乳动物中，胶原蛋白XV/XVIII和ADAMTSL3在突触形成和维持中发挥重要作用。这些蛋白的结构和功能与CLE-1B和Punctin有显著的相似之处，这提示我们可能在不同物种中观察到类似的分子机制。

CLE-1B和Punctin之间的相互作用不仅限于突触的定位，还可能涉及更广泛的细胞外信号传递机制。这些机制可能在神经系统发育和功能中发挥重要作用。因此，进一步研究这些分子的相互作用对于理解突触组织的复杂性至关重要。

此外，CLE-1B和Punctin的相互作用可能与多种疾病有关。例如，ADAMTSL3的变异已被发现与精神分裂症有关，而COL18A1的突变导致Knobloch综合征，这是一种以严重眼部异常为特征的遗传病。这些发现提示我们，CLE-1B和Punctin的相互作用可能在神经系统疾病的发生和发展中起重要作用。

总之，CLE-1B和Punctin的相互作用揭示了突触组织中一种新的分子机制，这种机制不仅影响突触的定位，还可能影响突触的结构和功能。这些发现为理解突触组织的复杂性提供了重要的线索，并可能为相关疾病的治疗提供新的思路。