Fragile X mental retardation protein och synaptisk plasticitet

Det långsiktiga underhållet av många former av synaptisk plasticitet kräver syntes av nya proteiner. Medan den erfarenhetsberoende somatiska genernas transkriptionens roll i långtidsminnet har studerats väl har många mRNA:er transporterats till dendriterna, vilket tyder på att den lokala synaptiska kontrollen av proteinsyntesen kan spela ytterligare en roll. Aktivitetsberoende översättning av redan existerande dendritiskt mRNA vid synapsen är faktiskt nödvändig för att uttrycka flera olika former av synaptisk plasticitet . Fragile X mental retardation protein (FMRP) påverkar denna synaptiska plasticitet genom att fungera som en viktig regulator av mRNA-translation .

FMRP karakteriserades först i samband med Fragile X-syndromet. FMR1-genen är tystad i Fragile X (FX), och den därav följande förlusten av FMRP leder till symtomen på sjukdomen, ofta inklusive intellektuell funktionsnedsättning och autism. I Fmr1 KO-musmodellen leder förlusten av FMRP till ökade nivåer av proteinsyntes. Konsekvenserna av denna ökning tros utgöra kärnan i FX-patofysiologin. Snabba framsteg har gjorts för att karakterisera hur förlust av FMRP påverkar synaptisk funktion och plasticitet, och denna kunskap har lett till flera strategier för att korrigera störningen som har validerats i djur och nu testas på människor .

Här går vi kortfattat igenom bevisen, främst från Fmr1 KO-musen, som tyder på att FMRP spelar en roll för synaptisk plasticitet. Även om distinktionen inte alltid är entydig är det konceptuellt viktigt att skilja störningar av synaptisk plasticitet som är konsekvenser av förändrad hjärnutveckling från de störningar av synaptisk plasticitet som orsakar förändrad hjärnfunktion hos Fmr1 KO. Även om båda är viktiga för att förstå sjukdomspatofysiologin är endast det senare relevant för frågan om hur FMRP bidrar till synaptisk plasticitet i hjärnan av vildtyp.

FMRP reglerar translation

FMRP är ett RNA-bindande protein och en repressor av translation som är välkonserverad från mus till människa. FMRP associerar med mRNA genom en av tre RNA-bindande domäner , i vissa fall tillsammans med adaptorproteiner . Det finns bevis för att FMRP kan undertrycka translation både genom att blockera initiering och förlängning. En punktmutation i en FMRP/mRNA-bindningsdomän är tillräcklig för att återskapa de plasticitetsfenotyper som ses i Fmr1 KO-musen och i minst ett fall FX hos en mänsklig patient . Det är därför troligt att FMRP reglerar plasticitet främst i sin roll som translationsrepressor.

FMRP regleras av posttranslationella modifieringar. Fosforylerat FMRP fördröjer ribosomal translokation och hämmar translation, medan defosforylering av FMRP uppreglerar translation . Tvåvägsreglering av FMRP-fosforylering av S6-kinas och proteinfosfatas 2A (PP2A) som svar på aktivitet ger en potentiell koppling mellan synaptisk stimulering och lokal translation .

FMRP är väl positionerat för att reglera synaptisk plasticitet

FMRP är väl positionerat för att vara en nyckelregulator av synaptisk plasticitet av tre huvudskäl. För det första finns proteinet i dendritiska spines , viktiga postsynaptiska platser för induktion och underhåll av plasticitet. För det andra reglerar FMRP dendritisk mRNA-translation , som krävs för flera olika former av plasticitet . Slutligen regleras FMRP självt dynamiskt av aktiviteten: erfarenhet och synaptisk aktivering kan utlösa lokal översättning och snabb nedbrytning, utöver den posttranslationella reglering som nämns ovan. Flera experimentella manipulationer i samband med synaptisk plasticitet har visat sig öka FMRP-nivåerna, inklusive exponering för en berikad miljö, en komplex inlärningsuppgift och farmakologisk aktivering av metabotropa glutatmatreceptorer (mGluRs) i grupp 1 . Det är viktigt att FMRP syntetiseras snabbt, på samma tidsskala (10-30 minuter) som induktionen av stabil synaptisk plasticitet . I hippocampala kulturer kan aktivitets- och mGluR-beroende ökningar av dendritisk FMRP vara ett resultat av ökad trafikering av befintlig FMRP, snarare än de novo FMRP-syntes . Hur som helst är FMRP en idealisk kandidat för att vara involverad i reglering av synaptisk plasticitet på grund av dess snabba, övergående ökning i dendriter efter välkaraktäriserade paradigm för induktion av plasticitet, samt dess roll som översättningshämmare.

FMRP reglerar mGluR-LTD via proteinsyntes

Långtidspotentiering (LTP) och långtidsdepression (LTD) är välkaraktäriserade former av synaptisk plasticitet som är associerade med inlärning och minne. Dessa ihållande förändringar i synaptisk styrka kan induceras av en mängd olika manipulationer och deras uttrycksmekanismer är varierande. Olika induktionsprotokoll bygger på olika mekanismer för underhåll, inklusive kravet på proteinsyntes. Ett särskilt övertygande exempel på en form av plasticitet som kräver lokal översättning är metabotropisk glutamatreceptorberoende LTD (mGluR-LTD) i CA1-regionen i hippocampus. Aktivering av mGluRs i grupp 1 (mGluR1 och 5), antingen med parade pulserande lågfrekvent synaptisk stimulering (PP-LFS) eller med den selektiva agonisten (S)-3,5-dihydroxifenylglycin (DHPG) , resulterar i en ihållande minskning av den synaptiska styrkan som mekanistiskt sett skiljer sig från klassisk NMDA-receptor (NMDAR)-beroende LTD . Det är viktigt att notera att det finns flera mekanismer nedströms mGluR-aktivering som kan sänka den synaptiska överföringen, och dessa kan uttryckas på olika sätt beroende på induktionsprotokoll, ålder, uppfödningshistoria och art (t.ex. ). Under lämpliga experimentella förhållanden kräver dock upprätthållandet av mGluR-LTD en snabb proteinsyntes inom några minuter efter induktion . Denna proteinsyntes är sannolikt synaptisk, eftersom mGluR-LTD fortfarande kan induceras om det dendritiska lagret fysiskt separeras från cellkroppsskiktet . mGluR-LTD uttrycks delvis genom att AMPA-receptorer avlägsnas från synapserna, vilket också kräver snabb de novo-översättning . Den nya proteinsyntesen kan vara instruktiv snarare än bara tillåtande för synaptisk plasticitet eftersom aktivering av grupp 1 mGluRs snabbt stimulerar proteinsyntesen i hippocampala skivor , dendriter och synaptoneurosomer .

Fmr1 knockoutmöss visar ökad hippocampal mGluR-LTD (tabell 1). I en senare studie fann man en liknande förstärkning av cerebellär mGluR-LTD, som delar många av samma uttrycksmekanismer . I överensstämmelse med de elektrofysiologiska uppgifterna leder förlust av FMRP till överdriven mGluR-medierad AMPAR-internalisering . Dessutom kräver mGluR-LTD inte längre någon ny proteinsyntes i Fmr1 KO-möss . Dessa resultat, i kombination med vad som är känt om FMRP:s funktion, tyder på att FMRP verkar för att hämma syntesen av proteiner som krävs för mGluR-LTD. I avsaknad av FMRP är dessa ”LTD-proteiner” redan tillgängliga eller överuttryckta i dendriterna, vilket resulterar i ökad magnitud och proteinsyntesoberoende persistens av denna form av plasticitet (figur 1A) . Omvänt minskar postnatal överexpression av FMRP storleken på mGluR-LTD i både neuroner av vildtyp och Fmr1 KO-neuroner och återställer dess proteinsyntesberoende . Dessutom återställer minskad mGluR5-signalering i Fmr1 KO-möss både proteinsynteshastigheten och LTD-storleken i hippocampus till vildtypenivåer , vilket tyder på att mGluR5 och FMRP agerar i funktionell opposition för att upprätthålla en optimal nivå av synaptisk proteinsyntes under hela utvecklingen och in i vuxen ålder (figur 1A).

Tabell 1 Fenotyper för synaptisk plasticitet hos Fragile X-mus
Figur 1
figure1

FMRP:s roll i translationsberoende synaptisk plasticitet. (A) FMRP och mGluR5 inför motsatt reglering av den lokala mRNA-translation som krävs för mGluR-LTD-uttryck. I avsaknad av FMRP förekommer överdriven proteinsyntes och överdriven LTD. (B) FMRP är känt för att reglera den translation som krävs för LTD, men bevis tyder på att det inte är involverat i uttrycket av L-LTP. Det kan finnas olika pooler av mRNA tillgängliga vid synapsen som är differentiellt nödvändiga för LTD respektive LTP, och FMRP kan specifikt reglera den pool som krävs för LTD. (C) FMRP är uttryckligen involverad i regleringen av dendritiskt lokaliserad translation och kanske inte reglerar somatisk translation. Följaktligen kan FMRP endast påverka former av plasticitet som kräver lokal översättning, såsom mGluR-LTD. (D) Förutom mGluR-LTD reglerar FMRP den proteinsyntes som är involverad i mGluR-beroende underlättande av LTP. Detta fynd tyder på att de proteiner vars translation styrs av FMRP kan vara involverade i dubbelriktat underhåll av plasticitet snarare än att vara specifika för LTD.

L-LTP förefaller normalt hos Fmr1 KO-möss

Men även om effekterna av proteinsyntesinhibering på mGluR-LTD kan ses inom några minuter, så kräver de flesta former av synaptisk plasticitet inte de novo-syntes förrän flera timmar efter induktion. Detta karaktäriseras bäst av LTP i sen fas (L-LTP), en ihållande form av potentiering som varar i minst 4 timmar. Den sena underhållsfasen av L-LTP kräver proteinsyntes men den initiala induktionen gör det inte. På grund av FMRP:s förmodade roll i translationsreglering var L-LTP en av de första formerna av plasticitet som studerades i Fmr1 KO-musen . Intressant nog har man inte funnit någon skillnad i omfattningen av L-LTP i Fmr1 KO-mus. Det faktum att avlägsnande av FMRP påverkar proteinsyntesberoende LTD men inte LTP tyder på att FMRP kan specifikt reglera översättningen av proteiner som krävs för uttrycket av LTD (figur 1B). Även om storleken på L-LTP är oförändrad är det dock möjligt att L-LTP är kvalitativt annorlunda i sitt krav på ny proteinsyntes när FMRP saknas, vilket är fallet för mGluR-LTD (och LTP-priming, se nedan). Därför kommer det att vara viktigt att testa proteinsyntesberoendet av L-LTP i Fmr1 KO-möss för att visa att FMRP verkligen inte spelar någon roll i regleringen av LTP:s persistens.

Alternativt kan FMRP krävas för regleringen av lokal men inte somatisk translation i samband med L-LTP (figur 1C). L-LTP induceras traditionellt av flera tåg av högfrekvent tetanus- eller theta-burst-stimulering, protokoll som är beroende av transkription och översättning i hela cellen . L-LTP karakteriserades i Fmr1 KO-musen med hjälp av dessa klassiska paradigm . Ett mindre intensivt induktionsprotokoll resulterar dock i L-LTP som upprätthålls specifikt av lokal dendritisk translation . Denna form av L-LTP, som liknar mGluR-LTD, är känslig för hämmare av translation men inte av transkription och kan upprätthållas i isolerade dendriter. Det blir intressant att avgöra om denna lokalt uttryckta form av L-LTP regleras av FMRP.

FMRP reglerar LTP priming

Men FMRP:s roll i L-LTP är oklar, men FMRP är känd för att vara involverad i LTP i andra sammanhang. I synnerhet är FMRP involverad i regleringen av en mGluR-beroende form av metaplasticitet som fastställer tröskeln för LTP. Ursprungligen beskriven hos råttor , underlättar en svag aktivering av mGluRs i grupp 1, som i sig är otillräcklig för LTD-induktion, den efterföljande induktionen av LTP (”LTP priming”). Liksom för mGluR-LTD krävs översättning men inte transkription för att underlätta detta. Detta föranledde en undersökning av FMRP:s roll i LTP-priming . mGluR-beroende priming av LTP är av jämförbar omfattning hos WT- och Fmr1 KO-möss, men medan LTP-priming kräver akut stimulering av proteinsyntesen hos WT-möss är det inte längre proteinsyntesberoende hos Fmr1 KO-möss. Medan mGluR-LTD och LTP-primning alltså är kvalitativt olika funktionella konsekvenser av Gp1 mGluR-stimulerad proteinsyntes i hippocampus, förändras båda processerna genom avlägsnande av FMRP (figur 1D). Dessa resultat tyder på att det mRNA som står under translationskontroll av FMRP kan koda för proteiner som krävs för dubbelriktade förändringar i synaptisk styrka. Således bör de proteiner som regleras av FMRP konceptualiseras som plasticitetsgrindvakter snarare än enbart ”LTD-proteiner.”

Induktionströskeln för LTP och STD-LTP höjs hos Fmr1 KO-möss

I Fmr1 KO-hippocampusskivor är LTP-induktionen bristfällig med ett svagt 5 theta-burstprotokoll, men är normal med ett starkt 10 theta-burstprotokoll (Figur 2A) . Dessutom modulerar FMRP induktionströskeln för spike-timing-beroende långtidspotentiering (STD-LTP). Denna form av hebbisk plasticitet induceras av tidsmässigt förskjuten presynaptisk och postsynaptisk aktivitet inom ett mycket kort fönster . I somatosensoriska och prefrontala cortices är STD-LTP bristfällig i Fmr1 KO-neuroner . Om den postsynaptiska stimulusstyrkan ökas från en enda spik till en burst av fem spikar, uppstår dock STD-LTP i KO-neuroner (figur 2A) . Därför krävs inte FMRP för att uttrycka STD-LTP, men tröskeln höjs i dess frånvaro. En möjlig mekanism för pågående reglering av LTP-trösklar av FMRP diskuteras senare i denna översikt.

Figur 2
figur2

FMRP och Kv4.2 reglerar tröskelvärdet för induktion av synaptisk potentiering. (A) FMRP fastställer tröskeln för LTP och STD-LTP. Fmr1 KO-möss har bristfällig hippocampal LTP och kortikal STD-LTP endast med ett ”svagt” induktionsprotokoll. (B) Kv4.2 är en dendritisk K+-kanal av A-typ som dämpar aktionspotentialens backpropagation (bAP) och dendritisk excitabilitet. (C) Hämning av Kv4.2 återställer LTP efter ett svagt induktionsprotokoll hos Fmr1 KO-möss.

FMRP och andra översättningsberoende former av plasticitet

Förutom sin roll i översättningsberoende former av hebbisk plasticitet kan FMRP också modulera vissa former av homeostatisk plasticitet. Synaptisk skalning är en form av homeostatisk plasticitet som verkar för att hålla styrkan hos synapser inom ett funktionellt intervall som svar på extrema förändringar i aktivitet. I stort sett leder en minskning av aktiviteten till en efterföljande ökning av den synaptiska styrkan i hela cellen (”skalning uppåt”) och en ökning av aktiviteten leder till en minskning av den synaptiska styrkan (”skalning nedåt”) . Två typer av uppskalning har beskrivits i hippocampala skivkulturer: en som kräver transkription och en som kräver lokal översättning . Intressant nog är det bara den översättningsberoende formen av synaptisk skalning som är bristfällig i neuroner som saknar FMRP. Postsynaptiskt virusuttryck av FMRP korrigerar bristfällig translationsberoende skalning i Fmr1 KO-neuroner . Nedskalning av synapser som svar på höga aktivitetsnivåer (efter långvarig blockering av hämning) har också observerats och kräver mGluR5-aktivering . FMRP:s och den lokala proteinsyntesens roll i nedtrappningen har dock inte undersökts direkt.

Men FMRP:s roll har karaktäriserats bäst i mGluR-beroende former av plasticitet, men den är inte specifik för dessa receptorer. Avlägsnande av FMRP ockluderar TrkB-medierade ökningar av proteinsyntesen och förändrar andra former av G-protein-kopplad receptor (GPCR)-beroende LTD och LTP . Gemensamt för dessa processer är att de är beroende av lokal dendritisk translation. Det finns faktiskt tecken som tyder på att FMRP specifikt kan vara viktigt för regleringen av lokal snarare än somatisk översättning (figur 1C), eftersom avlägsnande av FMRP påverkar översättning men inte transkriptionsberoende former av hebbisk och homeostatisk plasticitet.

FMRP och translationsoberoende plasticitet

Men medan många former av translationsberoende synaptisk plasticitet är onormala hos Fmr1 KO-möss är andra former av hippocampal plasticitet, inklusive NMDAR-beroende LTD och LTP i tidig fas, normala . Dessa observationer tyder på att FMRP reglerar plasticitet främst i sin roll som reglerare av översättning. Det har dock visat sig att avlägsnande av FMRP också påverkar vissa former av synaptisk plasticitet som inte kräver de novo translation, t.ex. LTP i tidig fas i andra hjärnområden, inklusive cortex och amygdala . En del av dessa effekter skulle kunna förklaras av FMRP-modulering av proteinsyntesberoende plasticitetströsklar; det verkar dock troligt att många representerar slutfaskonsekvenser av förändrad synaptisk utveckling hos Fmr1 KO.

Ett exempel på detta är förändrad LTP i amygdala. Ett betydande underskott i basal överföring rapporterades vid samma synapser som uppvisade försämrad LTP . Minskad synaptisk konnektivitet kan ha orsakat den defekta LTP, och kan ha uppstått som en följd av ökad FMRP-beroende proteinsyntes under utvecklingen av amygdala-kretsen.

Kandidater till plasticitetens gating-proteiner som regleras av FMRP

För att fastställa hur FMRP reglerar synaptisk plasticitet måste vi identifiera de synaptiska proteiner vars translation regleras av FMRP. FMRP har ett stort antal måltavlor – det har visats att det selektivt binder cirka 4 % av mRNA i däggdjurshjärnan . Nyligen identifierades över 800 mRNA-bindande mål för FMRP med hjälp av en ny HITS-CLIP-analys (high throughput cross-linking immunoprecipitation). Dessa mål omfattar gener som kodar för pre- och postsynaptiskt uttryckta proteiner: 27 % av mRNA för presynaptiska proteiner (90 gener) och 23 % av mRNA för postsynaptiska proteiner (257 gener) är FMRP-mål . HITS-CLIP-studien visade mer specifikt att 31 % av de mRNA som kodar för proteiner i NMDAR-komplexet (58 gener), 62 % i mGluR5-komplexet (32 gener) och 33 % i AMPAR-komplexet (3 gener) är FMRP-mål. Dessa tre receptorkomplex är viktiga för induktion och upprätthållande av synaptisk plasticitet, vilket tyder på att FMRP sannolikt fungerar brett som en translationsregulator snarare än att enbart reglera ett eller två ”plasticitetsproteiner.”

Fyndet att många FMRP-målkoder kodar för presynaptiska proteiner är intressant och belysande. I det mogna nervsystemet är bevisen för lokal proteinsyntes i axoner eller axonterminaler fortfarande sparsamma; men under tidig axonutveckling och synapsbildning tros lokal proteinsyntes spela en viktig roll för väg- och målval . Avsaknaden av FMRP-reglering av proteinsyntesen under den tidiga utvecklingen förändrar alltså med stor sannolikhet den synaptiska konnektiviteten långt innan den erfarenhetsberoende postnatala plasticiteten börjar utvecklas. Utanför CNS spelar dessutom lokal kontroll av translation i sensoriska afferenta terminaler en roll för nociceptiv sensibilisering och neuropatisk smärta . FMRP lokaliseras till dessa terminaler och Fmr1 KO-möss visar förändrad nociceptiv sensibilisering . Dessa resultat tyder på att i ryggmärgen kan presynaptisk FMRP hämma lokal translation och kan reglera smärtplasticitet även i vuxen ålder.

Vi har diskuterat två huvudkategorier av plasticitetsdefekter hos Fmr1 KO-möss: (1) former av plasticitet som kräver FMRP/lokal översättning för deras underhåll (mGluR-LTD) och (2) former av plasticitet där FMRP reglerar deras induktionströskel (STD-LTP). Vi kommer att diskutera några proteiner i båda kategorierna som sannolikt är involverade med tanke på deras reglering av FMRP och deras kända roller i underhåll av plasticitet och tröskelinställning i synapser av vildtyp. Dessa ”kandidatproteiner” är tänkta att tjäna som exempel på hur FMRP kan reglera synaptisk plasticitet.

Plasticitetsunderhållsproteiner: MAP1B, Arc och STEP

I det senaste arbetet har man identifierat proteiner vars översättning regleras av FMRP och som är involverade i mGluR-LTD, inklusive mikrotubuliassocierat protein 1B (MAP1B) och aktivitetsreglerat cytoskelettassocierat protein (Arc) . MAP1B krävs för mGluR-beroende AMPA-receptorendocytos , den mekanism genom vilken mGluR-LTD uttrycks. FMRP associerar sig med MAP1B mRNA och undertrycker dess översättning , och Fmr1 KO-möss visar ett ökat hippocampalt MAP1B-uttryck . Det kan dock finnas musstammar och regionspecifika variationer i hur FMRP reglerar MAP1B-translationen. Till exempel kan FMRP i cerebellum och hippocampus hos FVB-möss positivt reglera MAP1B-uttrycket .

Arc är involverad i AMPAR-endocytos och uppregleras i dendriter efter mGluR-aktivering och beteende . Arc krävs för hippocampal mGluR-LTD och L-LTP, som båda är proteinsyntesberoende, och Arc-/- möss har flera inlärningsbrister . FMRP binder Arc mRNA och undertrycker dess översättning. Som ett resultat av detta ökar Arc-uttrycket i Fmr1 KO-dendriter . Eftersom a) mGluR-LTD ökar hos Fmr1 KO-möss, b) Arc ökar i Fmr1 KO-dendriter och c) Arc krävs för mGluR-LTD, verkar det troligt att FMRP reglerar mGluR-LTD via Arc. Denna hypotes testades direkt med hjälp av Fmr1/Arc dubbel knockout-möss som visar bristfällig (snarare än överdriven) mGluR-LTD . Detta resultat tyder på att ett ökat Arc-uttryck delvis kan förklara den ökade mGluR-LTD som ses hos Fmr1 KO-möss.

Mekanistiskt sett krävs defosforylering av FMRP av fosfataset PP2A för snabba mGluR-medierade ökningar av Arc-protein. I Fmr1 KO-neuroner är dock Arc-nivåerna basalt ökade, vilket utesluter en ytterligare effekt av DHPG-behandling. Akut viral återintroduktion av FMRP i Fmr1 KO-neuroner normaliserar dendritiska Arc-nivåer och återställer snabb mGluR-medierad Arc-syntes. Detta ger ytterligare bevis för att den akuta förlusten av FMRP, snarare än utvecklingsavvikelser, ligger till grund för synaptiska plasticitetsfenotyper i Fmr1 knockoutmusen. eregulering av translation.

Förutom MAP1B och Arc har ett stort antal andra kandidater till LTD-proteiner identifierats i Fmr1 KO-musen. Ett intressant exempel är striatalberikat proteintyrosinfosfatas (STEP). Translation av STEP ökar under mGluR-LTD , och STEP mRNA binder till FMRP . Genetisk minskning av STEP korrigerar beteendefenotyper i Fmr1 KO-musen, men det är inte känt om motsvarande LTD-fenotyper påverkas . Ytterligare kandidatproteiner är APP , OPHN1 , CaMKIIα , PSD-95 och PI3K .

Plasticity threshold-regulating proteins: Kv4.2

En färsk översikt som diskuterar kaliumkanalernas roll i Fragile X ger en inblick i hur FMRP kan reglera excitabiliteten . FMRP reglerar direkt översättningen av minst tre kaliumkanaler: Kv4.2, Kv3.1b och Slack . FMRP:s kontroll av Kv4.2 translation kan ha indirekta konsekvenser för regleringen av tröskeln för LTP och STD-LTP induktion.

Kv4.2 är en kaliumkanal av A-typ som reglerar dendritisk excitabilitet och omfattningen av aktionspotentialens backpropagation . A-typströmmar verkar för att dämpa dendritisk excitabilitet och AP-återföringen (figur 2B). Genom att modulera styrkan i backpropagationen har Kv4.2 också visat sig reglera tröskeln för LTP och STD-LTP . I avsaknad av Kv4.2 är dendriterna mer excitabla och det finns en minskad tröskel för LTP-induktion .

Fmr1 KO-möss har en ökad tröskel för LTP- och STD-LTP-induktion, som diskuterats tidigare (figur 2A) . En potentiell hypotes för detta fenomen är att FMRP hämmar översättningen av Kv4.2, och Fmr1 KO-möss har överdrivet mycket Kv4.2-protein syntetiserat i dendriterna. Faktum är att FMRP direkt associerar med och negativt reglerar översättningen av Kv4.2 mRNA . Men förklarar detta den förändrade LTP/STD-LTP-tröskeln hos Fmr1 KO-möss? Farmakologisk hämning av Kv4.2 i Fmr1 KO-möss korrigerar den bristande LTP vid svag stimulus i hippocampus medan LTP vid stark stimulus förblir oförändrad (figur 2C). Detta resultat tyder på att den ökade tröskeln för LTP i Fmr1 KO-mus kan förklaras av ökad translation av kaliumkanalen Kv4.2.

Interessant nog har en annan grupp nyligen visat att FMRP under deras förhållanden positivt reglerar translation av Kv4.2 . Denna studie tog inte upp de potentiella konsekvenserna av minskad Kv4.2 i Fmr1 KO på synaptisk plasticitet. Man skulle kunna förvänta sig ökad dendritisk excitabilitet, vilket tidigare har rapporterats i andra sammanhang , och en sänkt LTP-tröskel. Det kommer att vara viktigt att fastställa de exakta experimentella och in vivo förhållanden under vilka vart och ett av dessa motsatta regleringsmönster kan inträffa, men det står klart att FMRP:s reglering av Kv4.2 i endera riktningen skulle få viktiga konsekvenser för plasticiteten.

FMRP, synaptisk plasticitet och inlärning

Långvarig synaptisk potentiering och depression har länge betraktats som potentiella neurala korrelat till inlärning och minne. I samband med FMRP:s roll i synaptisk plasticitet i flera hjärnområden är FMRP också viktig för ett stort antal beteendemässiga inlärningsuppgifter hos möss. Fmr1 KO-möss uppvisar bristfälligt amygdalar trace fear memory , cerebellär inlärning , inhiberande undvikande inlärning , och har svårigheter med en prefrontal kognitiv inlärningsuppgift . Drosophila-mutanter som saknar FMRP har också försämrat långtidsminne . Sammantaget är brister i inlärning och minne hos Fmr1 KO-musen en trolig beteendemässig konsekvens av onormal synaptisk plasticitet.