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1.
J Neurosci ; 32(46): 16296-305, 2012 Nov 14.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-23152613

RESUMO

Long-term facilitation in Aplysia is accompanied by the growth of new synaptic connections between the sensory and motor neurons of the gill-withdrawal reflex. One of the initial steps leading to the growth of these synapses is the internalization, induced by 5-HT, of the transmembrane isoform of Aplysia cell-adhesion molecule (TM-apCAM) from the plasma membrane of sensory neurons (Bailey et al., 1992). However, the mechanisms that govern the internalization of TM-apCAM and how this internalization is coupled to the molecular events that initiate the structural changes are not fully understood. Here, we report that the synthesis of membrane phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate [PI(4,5)P(2)], which is known to be mediated by a signaling cascade through Aplysia Sec7 protein (ApSec7) and phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase type I α (PIP5KIα) is required for both the internalization of TM-apCAM and the initiation of synaptic growth during 5-HT-induced long-term facilitation. Pharmacological blockade of PI(4,5)P(2) synthesis by the application of the inhibitor phenylarsine oxide blocked the internalization of apCAM. Furthermore, perturbation of the endogenous activation of ApSec7 and its downstream target PIP5KIα also blocked 5-HT-mediated internalization of TM-apCAM and synaptic growth. Finally, long-term facilitation was specifically impaired by blocking the ApSec7 signaling pathway at sensory-to-motor neuron synapses. These data indicate that the ApSec7/PIP5KIα signaling pathway is actively recruited during learning-related 5-HT signaling and acts as a key regulator of apCAM internalization associated with the formation of new synaptic connections during long-term facilitation.


Assuntos
Aplysia/fisiologia , Vias Biossintéticas/fisiologia , Moléculas de Adesão Celular/fisiologia , Aprendizagem/fisiologia , Fosfatidilinositol 4,5-Difosfato/biossíntese , Fosfatidilinositol 4,5-Difosfato/fisiologia , Sinapses/fisiologia , 1-Fosfatidilinositol 4-Quinase/metabolismo , Sequência de Aminoácidos , Animais , Membrana Celular/fisiologia , Clonagem Molecular , Técnicas de Cocultura , Fatores de Troca do Nucleotídeo Guanina/fisiologia , Imuno-Histoquímica , Potenciação de Longa Duração/fisiologia , Microinjeções , Dados de Sequência Molecular , Mutação/genética , Mutação/fisiologia , Neuritos/fisiologia , Técnicas de Patch-Clamp , Reação em Cadeia da Polimerase em Tempo Real , Células Receptoras Sensoriais/fisiologia , Serotonina/farmacologia , Transdução de Sinais/fisiologia
2.
Learn Mem ; 17(9): 469-79, 2010 Sep.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-20813835

RESUMO

Phosphodiesterases (PDEs) are known to play a key role in the compartmentalization of cAMP signaling; however, the molecular mechanisms underlying intracellular localization of different PDE isoforms are not understood. In this study, we have found that each of the supershort, short, and long forms of apPDE4 showed distinct localization in the cytoplasm, plasma membrane, and both plasma membrane and presynaptic terminals, respectively. The N-terminal 20 amino acids of the long form of apPDE4 were involved in presynaptic terminal targeting by binding to several lipids. In addition, the N terminus of the short form of apPDE4 bound to several lipids including phosphoinositols, thereby targeting the plasma membrane. Overexpression of the long and the short forms, but not the supershort form attenuated 5-HT-induced membrane hyperexcitability. Finally, the knockdown of apPDE4s in sensory neurons impaired both short-term and long-term facilitation. Thus, these results suggest that apPDE4s can participate in the regulation of cAMP signaling through specific subcellular localization by means of lipid binding activities.


Assuntos
Nucleotídeo Cíclico Fosfodiesterase do Tipo 4/química , Nucleotídeo Cíclico Fosfodiesterase do Tipo 4/metabolismo , Potenciais da Membrana/genética , Células Receptoras Sensoriais/fisiologia , Sequência de Aminoácidos , Animais , Aplysia , Membrana Celular/efeitos dos fármacos , Membrana Celular/metabolismo , Células Cultivadas , AMP Cíclico/metabolismo , Nucleotídeo Cíclico Fosfodiesterase do Tipo 4/genética , Cisteína/metabolismo , Gânglios dos Invertebrados/citologia , Proteínas de Fluorescência Verde/genética , Humanos , Imunoprecipitação/métodos , Lipídeos de Membrana/metabolismo , Mutação/genética , Terminações Pré-Sinápticas/metabolismo , Isoformas de Proteínas/química , Isoformas de Proteínas/genética , Estrutura Terciária de Proteína , Interferência de RNA/fisiologia , Células Receptoras Sensoriais/efeitos dos fármacos , Serotonina/farmacologia , Frações Subcelulares/efeitos dos fármacos , Frações Subcelulares/metabolismo , Sinaptofisina/metabolismo , Transfecção/métodos
3.
Exp Mol Med ; 42(1): 30-7, 2010 Jan 31.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-19887896

RESUMO

The cytoplasmic polyadenylation element (CPE)-binding protein (CPEB) binds to CPE containing mRNAs on their 3' untranslated regions (3'UTRs). This RNA binding protein comes out many important tasks, especially in learning and memory, by modifying the translational efficiency of target mRNAs via poly (A) tailing. Overexpressed CPEB has been reported to induce the formation of stress granules (SGs), a sort of RNA granule in mammalian cell lines. RNA granule is considered to be a potentially important factor in learning and memory. However, there is no study about RNA granule in Aplysia. To examine whether an Aplysia CPEB, ApCPEB1, forms RNA granules, we overexpressed ApCPEB1-EGFP in Aplysia sensory neurons. Consistent with the localization of mammalian CPEB, overexpressed ApCPEB1 formed granular structures, and was colocalized with RNAs and another RNA binding protein, ApCPEB, showing that ApCPEB1 positive granules are RNA-protein complexes. In addition, ApCPEB1 has a high turnover rate in RNA granules which were mobile structures. Thus, our results indicate that overexpressed ApCPEB1 is incorporated into RNA granule which is a dynamic structure in Aplysia sensory neuron. We propose that ApCPEB1 granule might modulate translation, as other RNA granules do, and furthermore, influence memory.


Assuntos
Aplysia/metabolismo , Células Receptoras Sensoriais/metabolismo , Fatores de Poliadenilação e Clivagem de mRNA/fisiologia , Animais , Aplysia/genética , Recuperação de Fluorescência Após Fotodegradação , RNA/genética , RNA/metabolismo , Fatores de Poliadenilação e Clivagem de mRNA/genética , Fatores de Poliadenilação e Clivagem de mRNA/metabolismo
4.
Proc Natl Acad Sci U S A ; 106(34): 14634-9, 2009 Aug 25.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-19706550

RESUMO

Serotonin (5-HT) plays a critical role in modulating synaptic plasticity in the marine mollusc Aplysia and in the mammalian nervous system. In Aplysia sensory neurons, 5-HT can activate several signal cascades, including PKA and PKC, presumably via distinct types of G protein-coupled receptors. However, the molecular identities of these receptors have not yet been identified. We here report the cloning and functional characterization of a 5-HT receptor that is positively coupled to adenylyl cyclase in Aplysia neurons. The cloned receptor, 5-HT(apAC1), stimulates the production of cAMP in HEK293T cells and in Xenopus oocytes. Moreover, the knockdown of 5-HT(apAC1) expression by RNA interference blocked 5-HT-induced cAMP production in Aplysia sensory neurons and blocked synaptic facilitation in nondepressed or partially depressed sensory-to-motor neuron synapses. These data implicate 5-HT(apAC1) as a major modulator of learning related synaptic facilitation in the direct sensory to motor neuron pathway of the gill withdrawal reflex.


Assuntos
Adenilil Ciclases/metabolismo , Aplysia/fisiologia , Pareamento Cromossômico/fisiologia , Aprendizagem/fisiologia , Receptores de Serotonina/fisiologia , Adenilil Ciclases/genética , Sequência de Aminoácidos , Animais , Aplysia/citologia , Aplysia/genética , Western Blotting , Linhagem Celular , Células Cultivadas , Clonagem Molecular , AMP Cíclico/metabolismo , Feminino , Humanos , Hibridização In Situ , Potenciais da Membrana , Dados de Sequência Molecular , Oócitos/metabolismo , Oócitos/fisiologia , Filogenia , Receptores de Serotonina/classificação , Receptores de Serotonina/genética , Células Receptoras Sensoriais/citologia , Células Receptoras Sensoriais/metabolismo , Análise de Sequência de DNA , Homologia de Sequência de Aminoácidos , Serotonina/farmacologia , Transfecção , Xenopus laevis
5.
J Neurosci ; 29(26): 8493-505, 2009 Jul 01.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-19571140

RESUMO

The cAMP cascade and vascular endothelial growth factor (VEGF) are critical modulators of depression. Here we have tested whether the antidepressive effect of the cAMP cascade is mediated by VEGF in the adult hippocampus. We used a conditional genetic system in which the Aplysia octopamine receptor (Ap oa(1)), a G(s)-coupled receptor, is transgenically expressed in the forebrain neurons of mice. Chronic activation of the heterologous Ap oa(1) by its natural ligand evoked antidepressant-like behaviors, accompanied by enhanced phosphorylation of cAMP response element-binding protein and transcription of VEGF in hippocampal dentate gyrus (DG) neurons. Selective knockdown of VEGF in these cells during the period of cAMP elevation inhibited the antidepressant-like behaviors. These findings reveal a molecular interaction between the cAMP cascade and VEGF expression, and the pronounced behavioral consequences of this interaction shed light on the mechanism underlying neuronal VEGF functions in antidepression.


Assuntos
AMP Cíclico/farmacologia , Giro Denteado/citologia , Depressão , Regulação da Expressão Gênica/efeitos dos fármacos , Neurônios/metabolismo , Fator A de Crescimento do Endotélio Vascular/metabolismo , Análise de Variância , Animais , Antidepressivos de Segunda Geração/farmacologia , Comportamento Animal/efeitos dos fármacos , Comportamento Animal/fisiologia , Fator Neurotrófico Derivado do Encéfalo/metabolismo , Bromodesoxiuridina/metabolismo , Proteína de Ligação a CREB/metabolismo , Linhagem Celular Transformada , Imunoprecipitação da Cromatina/métodos , AMP Cíclico/metabolismo , Depressão/genética , Depressão/patologia , Modelos Animais de Doenças , Ensaio de Desvio de Mobilidade Eletroforética/métodos , Comportamento Exploratório , Comportamento Alimentar , Fluoxetina/farmacologia , Preferências Alimentares/efeitos dos fármacos , Preferências Alimentares/fisiologia , Regulação da Expressão Gênica/fisiologia , Humanos , Masculino , Aprendizagem em Labirinto/efeitos dos fármacos , Aprendizagem em Labirinto/fisiologia , Camundongos , Camundongos Endogâmicos C57BL , Camundongos Transgênicos , Neurogênese/efeitos dos fármacos , Neurogênese/genética , Neurônios/efeitos dos fármacos , Octopamina/farmacologia , RNA Interferente Pequeno/genética , Receptores de Amina Biogênica/genética , Transfecção/métodos , Fator A de Crescimento do Endotélio Vascular/genética , Vasoconstritores/farmacologia
6.
J Neurosci ; 28(24): 6220-30, 2008 Jun 11.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-18550764

RESUMO

Consistent evidence from pharmacological and genetic studies shows that cAMP is a critical modulator of synaptic plasticity and memory formation. However, the potential of the cAMP signaling pathway as a target for memory enhancement remains unclear because of contradictory findings from pharmacological and genetic approaches. To address these issues, we have developed a novel conditional genetic system in mice based on the heterologous expression of an Aplysia octopamine receptor, a G-protein-coupled receptor whose activation by its natural ligand octopamine leads to rapid and transient increases in cAMP. We find that activation of this receptor transgenically expressed in mouse forebrain neurons induces a rapid elevation of hippocampal cAMP levels, facilitates hippocampus synaptic plasticity, and enhances the consolidation and retrieval of fear memory. Our findings clearly demonstrate that acute increases in cAMP levels selectively in neurons facilitate synaptic plasticity and memory, and illustrate the potential of this heterologous system to study cAMP-mediated processes in mammalian systems.


Assuntos
Condicionamento Psicológico/fisiologia , AMP Cíclico/metabolismo , Memória/fisiologia , Neurônios/fisiologia , Agonistas alfa-Adrenérgicos/farmacologia , Análise de Variância , Animais , Comportamento Animal/efeitos dos fármacos , Condicionamento Psicológico/efeitos dos fármacos , Proteína de Ligação ao Elemento de Resposta ao AMP Cíclico/metabolismo , Estimulação Elétrica/métodos , Medo/efeitos dos fármacos , Hipocampo/citologia , Hipocampo/efeitos dos fármacos , Hipocampo/metabolismo , Técnicas In Vitro , Potenciação de Longa Duração/efeitos dos fármacos , Potenciação de Longa Duração/fisiologia , Potenciação de Longa Duração/efeitos da radiação , Memória/efeitos dos fármacos , Camundongos , Camundongos Endogâmicos C57BL , Camundongos Transgênicos , Neurônios/efeitos dos fármacos , Octopamina/farmacologia , Técnicas de Patch-Clamp/métodos , Reconhecimento Visual de Modelos/efeitos dos fármacos , Reconhecimento Visual de Modelos/fisiologia , Fosfopiruvato Hidratase/metabolismo , Receptores de Amina Biogênica/genética , Transmissão Sináptica/efeitos dos fármacos , Transmissão Sináptica/fisiologia , Transmissão Sináptica/efeitos da radiação
7.
Science ; 319(5867): 1253-6, 2008 Feb 29.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-18258863

RESUMO

Reactivated memory undergoes a rebuilding process that depends on de novo protein synthesis. This suggests that retrieval is dynamic and serves to incorporate new information into preexisting memories. However, little is known about whether or not protein degradation is involved in the reorganization of retrieved memory. We found that postsynaptic proteins were degraded in the hippocampus by polyubiquitination after retrieval of contextual fear memory. Moreover, the infusion of proteasome inhibitor into the CA1 region immediately after retrieval prevented anisomycin-induced memory impairment, as well as the extinction of fear memory. This suggests that ubiquitin- and proteasome-dependent protein degradation underlies destabilization processes after fear memory retrieval. It also provides strong evidence for the existence of reorganization processes whereby preexisting memory is disrupted by protein degradation, and updated memory is reconsolidated by protein synthesis.


Assuntos
Medo , Hipocampo/metabolismo , Memória , Rememoração Mental , Proteínas do Tecido Nervoso/metabolismo , Sinapses/metabolismo , Animais , Anisomicina/farmacologia , Condicionamento Psicológico , Extinção Psicológica , Hipocampo/efeitos dos fármacos , Lactonas/farmacologia , Masculino , Camundongos , Camundongos Endogâmicos C57BL , Complexo de Endopeptidases do Proteassoma/metabolismo , Inibidores da Síntese de Proteínas/farmacologia , Ubiquitinação
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