Reelin attenuates the development of inhibitory synapse in primary hippocampal neurons

Abstract

Reelin is a spatiotemporally secreted protein which regulates neuronal migration during corticogenesis, and participates in the development of dendrite and excitatory synapse during postnatal day. While the vast majority of study for Reelin has been focused on excitatory neurons, much less is known about the role of Reelin in inhibitory synapse development. Here, we investigated the activation of intracellular signaling pathway of Reelin in a subset of inhibitory neurons. Also, we showed that Reelin decreased the intensity and area of Gephyrin clusters in the dendritic regions of primary hippocampal neurons, which demonstrates that Reelin influences inhibitory synapse development. To understand potential molecular mechanisms of Reelin in inhibitory synapse regulation, we analyzed the expression of genes which are involved in inhibitory synapse development in primary cortical neurons. These findings provide a novel role of Reelin in GABAergic inhibitory neurons and a molecular mechanism underlying Reelin-associated neurological diseases. | 억제성 신경세포는 억제성 시냅스(inhibitory synpase)를 통해 흥분성 신경세포의 활성을 조절함으로써 신경망(neuronal network)을 안정화하고 항상성을 유지한다. 따라서 억제성 신경세포의 기능 장애는 신경의 흥분과 억제의 비균형을 초래하여 정보를 처리하는 과정에 문제를 일으키고 자폐증과 조현병, 우울증 등의 신경학적 질환을 초래한다. Reelin은 분비성 당단백질로서 뇌의 피질발생 과정 중 신경세포의 이동을 조절하고 출생 후에는 수상돌기와 흥분성 시냅스의 발달에 관여한다. 현재까지 Reelin에 대한 대부분의 연구가 흥분성 신경세포에 초점이 맞추어져 있어 억제성 시냅스 발달에 미치는 Reelin의 역할에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 본 연구에서는 먼저 억제성 신경세포 내의 Reelin이 유도하는 신호전달 경로의 활성화를 조사하였다. PI3K 신호전달 경로는 Reelin에 의해 활성화되는 경로로 잘 알려져 있으나 실험 결과 흥분성 신경세포와 달리 억제성 신경세포에서는 그 활성화가 나타나지 않았다. 그럼에도 불구하고, Reelin이 초대 해마신경세포에서 억제성 시냅스 후부의 단백질인 Gephyrin 집합체의 강도와 면적을 감소시키는 것으로 나타났다. 이것은 Reelin이 억제성 신경세포에서 PI3K 신호전달 경로를 거치지 않는 간접적인 방법이나 혹은 다른 신호전달을 통해 억제 시냅스 발달에 영향을 미친다는 것을 제시한다. 덧붙여, 억제성 시냅스의 조절에 대한 Reelin의 분자 기전을 연구하기 위해 초대 대뇌피질 신경세포에서 억제성 시냅스 발달에 관여하는 대표적인 단백질 또는 mRNA의 발현을 비교·분석하였다. 본 연구는 GABA성 억제성 신경세포에서 Reelin의 새로운 역할을 밝히고, Reelin-관련 신경학적 질환의 분자적 기전을 규명하는데 기여한다.