PDZD8 调控自噬促进神经元突触生长：解锁神经系统发育的关键机制

本文聚焦内质网（ER）膜接触位点相关蛋白 PDZD8，通过果蝇体内研究发现，它定位于 ER - 晚期内体 / 溶酶体膜接触位点，能促进自噬通量，调节活性依赖的突触生长。这一成果为理解神经系统发育及相关疾病机制提供重要依据，值得关注。

　　

研究背景

神经元形成和维持突触连接需要精确的细胞内通讯，膜接触位点（MCSs）在协调细胞活动中起关键作用，但它在神经系统发育中的角色尚不明确。PDZD8 作为内质网（ER） MCS 的栓系和脂质转移蛋白，与智力障碍有关，其在神经系统中的体内功能有待探究。

实验方法

1. 基因编辑：运用 CRISPR 技术构建果蝇 PDZD8 的内源性标记和敲除等位基因，以及 UAS 转基因系。
2. 细胞培养与转染：培养果蝇 S2R + 细胞并进行转染，用于后续实验。
3. 免疫染色与成像：对果蝇幼虫和细胞进行免疫染色，通过共聚焦显微镜和超分辨率显微镜成像。
4. 生化分析：开展脂质结合分析和蛋白质免疫印迹实验。
5. 生理功能检测：检测活性诱导的突触 bouton 形成和组织蛋白酶 B（Cathepsin B）活性。

实验结果

1. PDZD8 对活性依赖的突触 bouton 形成至关重要：在果蝇幼虫神经肌肉接头（NMJ）处，PDZD8 缺失时，25°C 下基础突触生长正常，但 31°C 时活性依赖的突触 bouton 形成受阻；恢复 PDZD8 功能可使 bouton 数量恢复正常。急性刺激实验也表明，PDZD8 是活性依赖的突触 bouton 形成所必需的。此外，过表达 PDZD8 可促进多余突触 bouton 形成，且人源和果蝇的 PDZD8 在促进突触生长方面功能保守。
2. PDZD8 通过自噬促进突触生长：过表达 PDZD8 诱导的 NMJ 形态与自噬增加时相似，下调自噬相关基因 atg1 可抑制 PDZD8 诱导的 bouton 形成。在 atg1 杂合子背景下，PDZD8 缺失会导致 bouton 数量减少。同时，PDZD8 和自噬对单个运动突触的形成也很关键。
3. PDZD8 促进自噬溶酶体周转：PDZD8 突变体神经元中自噬结构积累，过表达 PDZD8 则减少自噬溶酶体数量。利用串联标记的 mCherry - GFP - Atg8a 报告基因发现，PDZD8 促进自噬溶酶体成熟和周转。
4. PDZD8 在神经元中富集并定位于 ER - LEL MCSs：PDZD8 主要在神经元中表达，定位于细胞体、突触神经毡和 NMJ 的突触前终端。超分辨率成像显示，PDZD8 与 ER 标记物和 LEL 标记物共定位，证实其在 ER - LEL MCSs 富集。
5. PDZD8 定位于 ER - LEL MCSs 是促进自噬和突触生长的关键：PDZD8 的 C 末端对其定位于 ER - LEL MCSs 至关重要，缺失 C 末端会消除其促进自噬溶酶体周转和突触 bouton 形成的能力。SMP 结构域突变也会显著削弱 PDZD8 促进突触 bouton 形成的能力。
6. PDZD8 促进自噬溶酶体催化活性：PDZD8 突变体中 p62 水平升高，表明其促进自噬溶酶体的降解活性。Magic Red/Green 染色显示，PDZD8 过表达增强溶酶体蛋白酶 Cathepsin B 活性，缺失则降低该活性。且 Atg1 诱导的多余 bouton 形成依赖于 PDZD8。

讨论

1. PDZD8 在神经系统发育中的作用机制：PDZD8 通过调节溶酶体成熟促进自噬通量，可能通过脂质转移调节溶酶体脂质组成，影响其降解功能。其在 ER - LEL MCSs 的功能对突触生长至关重要，且独立于其在 ER - 线粒体 MCSs 的作用。
2. 自噬在突触发育中的多样性：自噬在突触发育中具有重要且多样的作用，不同情况下可促进或抑制突触形成。PDZD8 在自噬和突触生长中的作用，为理解神经系统发育和相关疾病提供了新视角。
3. 研究局限性与展望：本研究未明确 PDZD8 转移的具体脂质种类，以及其靶向 LEL 的精确机制和下游促进突触生长的靶点。未来需进一步研究以深入了解 PDZD8 在神经系统中的作用。