Citação: Lützkendorf J, Sigrist SJ (2025) Dinâmica de condensado na sinapse: separação de fases Tunes função pré -sináptica. PLOS BIOL 23 (6): E3003201. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003201
Publicado: 11 de junho de 2025
Direitos autorais: © 2025 Lützkendorf, Sigrist. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos do Licença de atribuição do Inventive Commonsque permite o uso, a distribuição e a reprodução irrestritos em qualquer meio, desde que o autor e a fonte originais sejam creditados.
Financiamento: O (s) autor (s) não recebeu financiamento específico para este trabalho.
Interesses concorrentes: Os autores declararam que não existem interesses concorrentes.
Abreviações:
AZ, zona ativa; LLPs, separação de fase líquido -líquido; SVS, vesículas sinápticas
A neurotransmissão eficiente depende da montagem e organização adequadas das zonas ativas pré -sinápticas (AZS), compostas por um conjunto conservado de andaimes e proteínas reguladoras. Isso inclui os canais de cálcio de liprina-α, RIM, RIM-BP, Elks, MUNC13 e cálcio dependentes de tensão, que coordenam o encaixe, a preparação e a fusão de vesículas sinápticas em resposta ao influxo de cálcio (1Assim,2). Embora os papéis moleculares de muitas proteínas AZ tenham sido bem estabelecidos, os mecanismos que regulam dinamicamente sua organização e interação espacial permaneceram ilusórios. Vários estudos recentes propuseram que a separação de fases líquidas-líquidas (LLPs) pode estar subjacente à montagem de componentes AZ em condensados dinâmicos e sem membrana, particularmente envolvendo Elks, RIM, RIM-BP e Munc13 (((3–6). Nesta edição da PLOS Biology, Jin e colegas (7) Avançar esse modelo, fornecendo a primeira dissecção estrutural e funcional da interação liprina-α/borda-um módulo de andaimes do núcleo-e ligando-o à separação e neurotransmissão de fases.
Jin e colegas dissecam a interação molecular entre liprina-α2 e RIM1, identificando a região mínima na liprina-α2 (CC2N, a metade do terminal N do domínio de bobina enrolada 2) que se liga ao domínio C2B do RIM1. Usando cromatografia de exclusão de tamanho analítico e calorimetria de titulação isotérmica, eles mostram que a exclusão da CC2N abole a ligação do RIM1, enquanto a exclusão da região C-terminal (CC2C) interrompe a interação ELKs, indicando que os domínios distintos mediam a ligação de parceiros específicos. A cristalografia de raios X de alta resolução revelou a estrutura do complexo liprina-α2-CC2N/RIM1-C2B. A interação é estabilizada por uma interface de folha β envolvendo contatos polares e hidrofóbicos, incluindo pontes de sal e ligações de hidrogênio. A mutação de resíduos conservados no RIM1 (por exemplo, R1201Q, Mimicking RIM4) interrompe a interação, destacando sua especificidade. Uma interface de contato secundária também suporta a formação do complexo oligomérico, embora com um menor impacto na afinidade.
A liprina-α2 e o RIM1 formam grandes complexos multivalentes capazes de LLPs. Jin e colegas observaram que o domínio RIM1-C2B forma dímeros, promovendo conjuntos de ordem superior com liprina-α2. Os ensaios de LLPs in vitro mostraram que a presença de liprina-α2 (CC1 + CC2) aumentou substancialmente a formação de condensado RIM1. Interrompendo a interface liprina-α2/are through mutações pontuais (E334R ou R346E) tamanho e número de gotículas reduzidas, ligando diretamente a integridade da interface de ligação ao comportamento da fase. Esses achados sugerem que os LLPs do complexo liprina-α/RIM podem servir como um andaime para concentrar componentes AZ, como Elks, Munc13 e canais de cálcio, suportando priming e liberação eficiente da vesícula.
Para investigar as conseqüências funcionais de interromper essa interação, os autores reexpressam construções de liprina-α2 do tipo selvagem ou mutantes em neurônios humanos sem todas as isoformas de liprina-α. Surpreendentemente, os mutantes do tipo selvagem e de interface resgataram a formação de puncta sináptica, sugerindo que a interação liprina-α2/rim1 não é essencial para a montagem estrutural de AZs. No entanto, as gravações eletrofisiológicas contaram uma história diferente. Os neurônios knockout para liprina-α mostraram liberação sináptica espontânea abolida, que foi restaurada apenas pelo tipo selvagem-mas não mutante-liprina-α2. Esses dados indicam que, embora a interface liprina-α/RIM possa ser dispensável para a montagem, é basic para a liberação funcional de neurotransmissores. Análises posteriores revelaram que essa interação também regula o tamanho do pool de vesículas sinápticas facilmente libertáveis. Assim, a liprina-α/aro acionada por LLPs condensata não apenas a arquitetura pré-sináptica do andaime, mas também a dinâmica de priming e liberação de vesículas e liberação.
O complexo liprina-α/RIM modula adicionalmente a localização dos canais de cálcio dependente de tensão, influenciando o comportamento de condensado ELKS1 e RIM1. A interrupção de sua interação aumentou o acúmulo ELKS1 nas gotículas RIM1 e reduziu o recrutamento de canais de cálcio dependente de tensão, sugerindo que os complexos de liprina-α/RIM coordenam espacialmente o posicionamento do canal de cálcio para garantir um acoplamento apertado entre os potenciais de ação e a fusão da vesícula. Usando ferramentas optogenéticas (por exemplo, mapeamento assistido por canalrodopsina), Jin e colegas demonstram que essa coordenação garante um tempo preciso da liberação-uma marca registrada da fidelidade sináptica.
É importante ressaltar que essa interação tem implicações além da neurociência básica. Jin e colegas testaram várias mutações associadas à doença no domínio CC2N da liprina-α2-incluindo E328K, L348F e A350s-que foram identificadas em pacientes com distúrbios do espectro do autismo, deficiência intelectual e epilepsia (8Assim,9). Mutações como E328K e L348F prejudicaram fortemente a ligação à borda, enquanto os A350s tiveram um efeito mais modesto. Essas mutações provavelmente interrompem a formação de condensado e a liberação de vesículas, oferecendo uma explicação mecanicista para sua associação com disfunção sináptica e distúrbios do desenvolvimento neurológico.
Ao resolver a interface liprina-α/RIM em detalhes atômicos e dissecar funcionalmente sua contribuição para a liberação sináptica, Jin e colegas constroem um caso atraente para os LLPs como um mecanismo modular para organizar e ajustar a saída funcional dos terminais pré-sinápticos. Em contraste com os estudos anteriores que vinculam a separação de fases principalmente à formação de AZ, este trabalho revela uma dissociação entre a estrutura e a função do AZ, destacando como a composição do condensado e a integridade da integridade da interface libera. Esses achados posicionam LLPs como um princípio organizador -chave no AZ pré -sináptico, crítico para fidelidade sináptica e função adaptável (Fig 1).
Fig 1. Proteínas intrinsecamente desordenadas e condensados separados por fase coordenam a estrutura e função da zona ativa pré-sináptica.
O terminal pré -sináptico organiza a neurotransmissão por meio de conjuntos de proteínas dinâmicas e espacialmente estruturadas. As vesículas sinápticas (SVs) são distribuídas entre uma piscina ancorada no AZ e um pool de reserva. O acoplamento preciso entre SVs ancorado e canais de cálcio dependentes de tensão permite liberação rápida, um processo suportado por um andaime AZ subjacente. Jin e colegas propõem que os componentes do andaime, incluindo liprina-α e aro, através de sua interação intermolecular multifacetada, se movem em condensados por meio da separação de fase líquido-líquido (LLPs) que organizam a arquitetura molecular e funcional do AZ. Esses conjuntos dinâmicos ajudam a agrupar as máquinas de liberação SV, mantendo -se responsivas à atividade sináptica. Assim, a liprina-α/aro acionada por LLPs condensata não apenas a arquitetura pré-sináptica do andaime, mas também a dinâmica de priming e liberação de vesículas e liberação. Após a exocitose, as membranas SV são recuperadas na zona periactiva através da endocitose mediada por clatrina, coordenada por uma segunda rede de proteínas contendo IDR. Essas proteínas podem formar igualmente condensados endocíticos que acionam a curvatura, a classificação e a fissão da membrana. Juntos, AZ e condensados endocíticos representam dois compartimentos molecularmente distintos, mas coordenados espacialmente, que sustentam atividade sináptica de alto rendimento, mantendo a plasticidade estrutural. A liprina-α e a borda formam condensados, que não apenas o andaimes de arquiteturas de proteínas pré-sinápticas, mas também ajustam a dinâmica de priming e liberação de vesículas. Compreender os princípios da dinâmica do condensado abre novos caminhos para explorar como a transmissão sináptica, a plasticidade e a estabilidade estrutural do AZ estão sendo co-reguladas-e como sua desregulação pode contribuir para a doença neurológica. Criado com biornder.com.
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003201.g001
No entanto, várias perguntas permanecem: como a formação de condensado é regulada por atividade neuronal ou pistas de sinalização? Como os mecanismos baseados em LLPs se integram às vias de andaimes paralelas para garantir a resiliência estrutural e funcional? E a desregulação dos condensados sinápticos pode contribuir para doenças além das mutações identificadas aqui? Embora os LLPs tenham sido bem caracterizados in vitro, as estratégias genéticas para modular o comportamento de fase finamente in vivo permanecem desafiadoras. Notavelmente, em um estudo recente (10), o uso de abordagens de imagem de molécula única in vivo começaram a preencher essa lacuna, visualizando a dinâmica do tipo transição de fase na remodelação, como a compactação de nanocluster de alces e canais de cacofonia durante a potenciação sináptica.
Este trabalho sugere ainda que os condensados formados pela RIM e liprina-α podem desempenhar um papel duplo-servando como andaimes moleculares, além de promover a liberação funcional. A exocitose da vesícula dos condensatos de RIM/liprina-α é menos sensível ao tampão lento de cálcio (EGTA), consistente com o acoplamento de nanodomain aos canais de cálcio dependentes de tensão. Por outro lado, os condensados sem interações de separação de fase adequadas mostram maior sensibilidade ao EGTA, apontando para o acoplamento espacial prejudicado. Esses achados implicam que os condensados da RIM/liprina-α ajudam a sintonizar o posicionamento e a eficiência das máquinas de liberação, oferecendo um mecanismo de auto-organização que garante precisão temporal na transmissão sináptica. Esses mecanismos e mecanismos semelhantes também podem subjacentes à diversidade impressionante das propriedades de liberação pré -sináptica entre os tipos neuronais, sugerindo que as propriedades do materials condensado – como viscosidade, taxas de câmbio molecular ou competência de fusão – podem ser moduladas para ajustar a produção sináptica a demandas específicas de circuitos. O estudo de Jin e colegas faz uma contribuição valiosa, elucidando a base estrutural da interação liprina-α2/rim1 e demonstrando seu papel potencial na organização de componentes pré-sinápticos. Seu uso de neurônios derivados de células-tronco e reconstituição in vitro fornecem informações mecanicistas importantes. No entanto, o trabalho não aborda se essas interações moleculares têm consequências funcionais in vivo. A dependência de sistemas celulares simplificados e altas concentrações de proteínas para provocar separação de fases levanta questões sobre a relevância fisiológica dos achados em condições sinápticas nativas. Além disso, a ausência de análises eletrofisiológicas ou comportamentais in vivo limita a capacidade de avaliar como esses mecanismos contribuem para a transmissão sináptica ou a função do circuito em um sistema nervoso intacto.
Um aspecto particularmente interessante do estudo é a identificação de mutações liprina-α2 associadas à doença (L348F, E328K) que interrompem a ligação do RIM1 e estão ligadas a distúrbios neurodesenvolvidos. Esses achados sugerem um mecanismo molecular direto pelo qual a transmissão sináptica é prejudicada. Os insights estruturais podem orientar estratégias para restaurar ou imitar a interação liprina-α2/rim1 ou modular seu comportamento de LLPs, com potencial relevância terapêutica para condições como autismo ou epilepsia.
Compreender os princípios da dinâmica do condensado abre novos caminhos para explorar como a transmissão sináptica, a plasticidade e a estabilidade estrutural do AZ estão sendo co-reguladas-e como sua desregulação pode contribuir para a doença neurológica.
