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Postsynaptic density 95 (PSD-95) serine 561 phosphorylation regulates a conformational switch and bidirectional dendritic spine structural plasticity.
Wu, Qian; Sun, Miao; Bernard, Laura P; Zhang, Huaye.
Afiliação
  • Wu Q; From the Department of Neuroscience and Cell Biology, Robert Wood Johnson Medical School, Rutgers, The State University of New Jersey, Piscataway, New Jersey 08854.
  • Sun M; From the Department of Neuroscience and Cell Biology, Robert Wood Johnson Medical School, Rutgers, The State University of New Jersey, Piscataway, New Jersey 08854.
  • Bernard LP; From the Department of Neuroscience and Cell Biology, Robert Wood Johnson Medical School, Rutgers, The State University of New Jersey, Piscataway, New Jersey 08854.
  • Zhang H; From the Department of Neuroscience and Cell Biology, Robert Wood Johnson Medical School, Rutgers, The State University of New Jersey, Piscataway, New Jersey 08854 huaye.zhang@rutgers.edu.
J Biol Chem ; 292(39): 16150-16160, 2017 09 29.
Article em En | MEDLINE | ID: mdl-28790172
ABSTRACT
Postsynaptic density 95 (PSD-95) is a major synaptic scaffolding protein that plays a key role in bidirectional synaptic plasticity, which is a process important for learning and memory. It is known that PSD-95 shows increased dynamics upon induction of plasticity. However, the underlying structural and functional changes in PSD-95 that mediate its role in plasticity remain unclear. Here we show that phosphorylation of PSD-95 at Ser-561 in its guanylate kinase (GK) domain, which is mediated by the partitioning-defective 1 (Par1) kinases, regulates a conformational switch and is important for bidirectional plasticity. Using a fluorescence resonance energy transfer (FRET) biosensor, we show that a phosphomimetic mutation of Ser-561 promotes an intramolecular interaction between GK and the nearby Src homology 3 (SH3) domain, leading to a closed conformation, whereas a non-phosphorylatable S561A mutation or inhibition of Par1 kinase activity decreases SH3-GK interaction, causing PSD-95 to adopt an open conformation. In addition, S561A mutation facilitates the interaction between PSD-95 and its binding partners. Fluorescence recovery after photobleaching imaging reveals that the S561A mutant shows increased stability, whereas the phosphomimetic S561D mutation increases PSD-95 dynamics at the synapse. Moreover, molecular replacement of endogenous PSD-95 with the S561A mutant blocks dendritic spine structural plasticity during chemical long-term potentiation and long-term depression. Endogenous Ser-561 phosphorylation is induced by synaptic NMDA receptor activation, and the SH3-GK domains exhibit a Ser-561 phosphorylation-dependent switch to a closed conformation during synaptic plasticity. Our results provide novel mechanistic insight into the regulation of PSD-95 in dendritic spine structural plasticity through phosphorylation-mediated regulation of protein dynamics and conformation.
Assuntos
Dendritos/metabolismo; Hipocampo/metabolismo; Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intracelular/metabolismo; Proteínas de Membrana/metabolismo; Modelos Moleculares; Neurônios/metabolismo; Processamento de Proteína Pós-Traducional; Proteínas Serina-Treonina Quinases/metabolismo; Substituição de Aminoácidos; Animais; Células Cultivadas; Dendritos/efeitos dos fármacos; Proteína 4 Homóloga a Disks-Large; Embrião de Mamíferos/citologia; Hipocampo/citologia; Hipocampo/efeitos dos fármacos; Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intracelular/antagonistas & inibidores; Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intracelular/química; Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intracelular/genética; Proteínas de Membrana/antagonistas & inibidores; Proteínas de Membrana/química; Proteínas de Membrana/genética; Mutação; Proteínas do Tecido Nervoso/antagonistas & inibidores; Proteínas do Tecido Nervoso/química; Proteínas do Tecido Nervoso/genética; Proteínas do Tecido Nervoso/metabolismo; Plasticidade Neuronal/efeitos dos fármacos; Neurônios/citologia; Neurônios/efeitos dos fármacos; Fragmentos de Peptídeos/antagonistas & inibidores; Fragmentos de Peptídeos/química; Fragmentos de Peptídeos/genética; Fragmentos de Peptídeos/metabolismo; Fosforilação/efeitos dos fármacos; Conformação Proteica; Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas; Inibidores de Proteínas Quinases/farmacologia; Processamento de Proteína Pós-Traducional/efeitos dos fármacos; Proteínas Serina-Treonina Quinases/antagonistas & inibidores; Interferência de RNA; Ratos; Proteínas Recombinantes de Fusão/química; Proteínas Recombinantes de Fusão/metabolismo; Serina/metabolismo
Palavras-chave

Texto completo: 1 Coleções: 01-internacional Base de dados: MEDLINE Assunto principal: Modelos Moleculares / Processamento de Proteína Pós-Traducional / Proteínas Serina-Treonina Quinases / Dendritos / Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intracelular / Hipocampo / Proteínas de Membrana / Neurônios Idioma: En Ano de publicação: 2017 Tipo de documento: Article

Texto completo: 1 Coleções: 01-internacional Base de dados: MEDLINE Assunto principal: Modelos Moleculares / Processamento de Proteína Pós-Traducional / Proteínas Serina-Treonina Quinases / Dendritos / Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intracelular / Hipocampo / Proteínas de Membrana / Neurônios Idioma: En Ano de publicação: 2017 Tipo de documento: Article