钙调蛋白调控JMY介导的树突分支形成的分子机制及其在神经形态发生中的关键作用

本研究揭示了钙调蛋白(CaM)通过调控肌动蛋白成核因子JMY的WH2结构域功能，在神经元树突分支形成中的关键作用。研究人员发现JMY是Ca2+/CaM信号通路的新靶点，其通过直接肌动蛋白成核和Arp2/3复合物激活双重机制促进树突分支，且第一个WH2结构域的肌动蛋白结合能力受Ca2+/CaM动态调控。该研究发表于《Communications Biology》，为理解神经元网络发育的细胞骨架调控提供了新视角。

　　

神经元的复杂树突分支是大脑神经网络形成的基础，这一过程需要精确的时空调控。尽管已知局部钙信号和肌动蛋白丝形成在树突分支诱导位点协同作用，但具体的肌动蛋白成核因子及其与钙瞬变的关联机制仍不清楚。此前研究发现WH2结构域肌动蛋白成核因子Cobl受钙调蛋白(CaM)调控，但这是否代表WH2结构域成核因子的普遍调控原则尚不明确。

德国耶拿大学医院的研究团队在《Communications Biology》发表研究，发现连接介导和调节蛋白(JMY)作为新型Ca²⁺/CaM靶点，通过双重肌动蛋白成核机制驱动树突分支形成。研究人员通过构建系列JMY突变体，结合活细胞成像、共免疫沉淀、体外重组实验等技术，系统解析了JMY在神经元形态发生中的功能机制。

JMY是CaM介导Ca²⁺信号传导的靶点
通过筛选发现JMY的C端区域（含三个WH2结构域和Arp2/3结合CA结构域）能与Ca²⁺激活的CaM强效结合。内源性共免疫沉淀和线粒体招募实验证实该相互作用具有Ca²⁺依赖性，且发生在完整细胞内。

JMY过表达促进海马神经元树突分支
无标签JMY过表达使神经元树突分支点、末端点和总长度显著增加，Sholl分析显示近端区域复杂性提升。在COS-7细胞中JMY同样诱导肌动蛋白富集的3D膜皱褶形成，证实其促形态发生功能。

JMY缺失导致树突分支缺陷
两种独立RNAi敲低JMY使树突分支点和末端点分别减少50%和25%，分支深度分析显示初级树突不受影响，但高阶分支（2-4级）严重受损。表达RNAi抗性JMY可完全挽救表型，证实表型特异性。

树突分支需要JMY的N端和C端功能域
缺失C端（ΔCT）或N端（ΔNT）的JMY突变体均无法挽救敲低表型，表明JMY的树突形成功能需要完整的分子结构，包括WH2结构域的肌动蛋白结合能力和Arp2/3复合物激活能力。

Arp2/3复合物参与JMY介导的神经形态发生
Arp2/3抑制剂CK666完全阻断JMY的促分支作用。缺失CA结构域（ΔCA）或Arp2/3结合关键位点（W981A）的JMY突变体丧失挽救能力，证实JMY需要通过直接激活Arp2/3复合物发挥功能。

JMY的WH2结构域对树突分支至关重要
三重WH2突变体（WH2#1-3mut）无法挽救敲低表型。特别值得注意的是，仅突变第一个WH2结构域（WH2#1mut）就足以使JMY功能丧失，尽管其他两个WH2结构域仍保持完整。

CaM调控JMY第一个WH2结构域的肌动蛋白结合
发现第一个WH2结构域与CaM结合区重叠。体外重组实验显示Ca²⁺/CaM结合会抑制WH2#1的肌动蛋白结合能力，且这种调控具有可逆性。CaM抑制剂CGS9343B处理完全阻断JMY的促树突分支作用。

这项研究确立了Ca²⁺/CaM信号作为调控肌动蛋白成核因子的普遍原则：通过靶向特定WH2结构域动态调控其肌动蛋白结合能力，从而精确控制神经元形态发生。JMY通过直接肌动蛋白成核和Arp2/3激活的双重机制促进树突分支，其第一个WH2结构域既是功能核心又是Ca²⁺信号整合节点。这些发现为理解神经网络发育的分子基础提供了新见解，也为相关神经系统疾病的机制研究提供了潜在靶点。