Synaptinen tasapaino sumoylaation ja desumoylaation kesken on tärkeä neuronien toiminnalle

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/309049

Sumoylaatio on  palautuva (reversible)   posttranslationaalinen modifikaatio (PTM), joka on välttämätön  neuronaalisen funktion modulaatiossa, johon kuuluu hermonvälittäjäaineiden vapautuminen ja synaptinen muovautuvuus. Tiukasti säätynyt tasapaino sumoylaatio- ja desumoylaatioprosessien kesken on kriittinen aivojen toiminnalle ja tasapainon rikkoutumaa on assosioitu useisiin neurologisiin häiriöihin.Tätä sumoylaatio/desumoylaatiotasapainoa  hallinnoi yksittäinen SUMO:a konjugoiva  entsyymi Ubc9 ja joukko deSUMOylaaseja joita sanotaan sentriinispesifisiksi proteaaseiksi, SENP.
Aiemmin työryhmä jo osoitti, että tyypin 5 metabolisten Glu-reseptorien  aktivaatio liipaisee esiin ohimenevän Ubc9- esiintymän  dendriittihaarakkeissa, mikä johtaa nopeaan  nousuun synaptisessa SUMOyloitumisessa. Kuitenkaan ei vielä oltu  selvitetty   lisääntynyttä  synaptista sumoylaatiota tasapainottavaa mekanismia, joten tutkijaryhmä  alkoi  selvittää SENP1- entsyymin diffuusio.ominaisuuksia käyttämällä  kombinoituja biokemiallisia  lähestymistapoja  ja  yksittäisten hippokampihaarakkeiden valovaikutukseen perustuvia  menetelmiä (photobleaching/ photoconversion). He osoittivat, että mGlu5R-aktivaatio johti ajasta riippuvaan  laskuun SENP1:n poistumistahdissa  yksittäisestä  hippokampihaarakkeesta. Aiheutunut SENP1:n postsynaptinen kertymä  palautti alkuperäistasoihin synaptisen sumoylaation. Kaiken kaikkiaan tutkijoiden löydöt  paljastivat, että mGluR-järjestelmä on sentraalinen aktiviteetista riippuva mekanismi, joka pitää yllä sumoylaation homeostaasia imettäväissynapsissa.

Cell Mol Life Sci. 2019 Mar 23. doi: 10.1007/s00018-019-03075-8. [Epub ahead of print]

The synaptic balance between sumoylation and desumoylation is maintained by the activation of metabotropic mGlu5 receptors.

Schorova L¹, Pronot M¹, Poupon G¹, Prieto M¹, Folci A¹, Khayachi A¹, Brau F¹, Cassé F¹, Gwizdek C¹, Martin S². Abstract

Sumoylation is a reversible post-translational modification essential to the modulation of neuronal function, including neurotransmitter release and synaptic plasticity. A tightly regulated equilibrium between the sumoylation and desumoylation processes is critical to the brain function and its disruption has been associated with several neurological disorders. This sumoylation/desumoylation balance is governed by the activity of the sole SUMO-conjugating enzyme Ubc9 and a group of desumoylases called SENPs, respectively. We previously demonstrated that the activation of type 5 metabotropic glutamate receptors (mGlu5R) triggers the transient trapping of Ubc9 in dendritic spines, leading to a rapid increase in the overall synaptic sumoylation. However, the mechanisms balancing this increased synaptic sumoylation are still not known. Here, we examined the diffusion properties of the SENP1 enzyme using a combination of advanced biochemical approaches and restricted photobleaching/photoconversion of individual hippocampal spines. We demonstrated that the activation of mGlu5R leads to a time-dependent decrease in the exit rate of SENP1 from dendritic spines. The resulting post-synaptic accumulation of SENP1 restores synaptic sumoylation to initial levels. Altogether, our findings reveal the mGlu5R system as a central activity-dependent mechanism to maintaining the homeostasis of sumoylation at the mammalian synapse. KEYWORDS: Desumoylation; SENP1; Sumoylation; Synapse; mGlu5 receptor