生長相關蛋白GAP-43 Ser41突變株影響發育期大腦皮質神經元中Gephyrin及GABAA受器交互作用之探討

神經生長相關蛋白(Growth-associated protein-43; GAP-43)是一種高度表現在發育時期神經細胞軸突生長錐的膜蛋白，GAP-43負責神經發育及修復時突觸的生長、分支，改變前突觸膜(presynaptic membrane)構造以利釋放神經傳導物。本實驗室先前在蛋白質體研究中利用MALDI-TOF發現GAP-43會與一受器聚集蛋白(receptor clustering protein) - gephyrin結合。Gephyrin的功能是聚集突觸後膜上的氯離子通道神經傳導物受器，包括GABAA receptor與glycine receptor，用以增加抑制型突觸傳遞效能。GABAA receptor為大腦中最主要的抑制神經傳導物受器，是由五個次單元組成的氯離子通道，已知gephyrin會經由與GABAA receptor的 γ2 subunit(GABAARγ2)結合來調控受器的聚集，先前研究發現，投予蛋白質激酶C (protein kinase C) 抑制劑抑制GAP-43活性後， GAP-43與gephyrin的結合有明顯地增加，故推測GAP-43的磷酸化可能會改變gephyrin與GABAARγ2的結合，進而影響GABAA receptor在後突觸膜上的表現。
在本研究中，我使用初代培養的胚胎期大腦皮質神經細胞(Cortical neurons)為實驗系統，在發育時期的cortical neurons中投予100 nM PKC inhibitor( Ro318220)處理，發現會減少GABAARγ2和gephyrin的結合，且在細胞膜上的GABAARγ2表達量減少。為了模擬不同活性的GAP-43，我們建立了兩個GAP-43 S41位置之突變株(mutant)：將GAP-43 S41置換為Aspartic acid (S41D)的擬磷酸化mutant，及GAP-43 S41置換為Alanine(S41A)的擬去磷酸化mutant。過度表達GAP-43S41D可增加GABAAR與gephyrin的結合能力，且促進GABAARγ2在細胞膜上的表現；而過度表現GAP-43S41A會減少GABAAR與gephyrin的結合能力及細胞膜上GABAARγ2的量。最後，我們發現以離子通道阻斷劑阻斷神經電活性，也會增加gephyrin與GABAARγ2的結合。 因此，本研究證實了神經發育及再生相關生長蛋白GAP-43的活性會影響GABAA receptor在抑制型突觸形成過程中的表現與分佈，此作用可能是透過GAP-43的不同活化態會影響gephyrin與GABAARγ2的結合程度所致。GAP-43會藉由其PKC磷酸化態與gephyrin的結合與否，調控gephyrin聚合GABAA receptor的程度，及GABAA receptor在細胞表面的分布，此作用可能進而影響GABA突觸的發育與成熟後的傳導效能。