Regulace časného transportu NMDA receptorů strukturními modifikacemi v ligand-vazebných doménách GluN1 a GluN2 podjednotek

Abstract

NMDA receptory (NMDAR) hrají zásadní roli v excitačním přenosu signálu v centrální nervové soustavě. Jejich narušená funkce, například v důsledku jednobodové mutace, je spojována s řadou neurologických a psychiatrických onemocnění. Tyto patogenní varianty se nacházejí také v ligand-vazebných doménách (LBD) GluN podjednotek, avšak jejich vliv na časný transport a funkci zůstává nedostatečně prozkoumán. Současná hypotéza předpokládá kvalitativní kontrolu obsazenosti LBD agonisty, která je lokalizována v endoplazmatickém retikulu (ER). V této práci jsme využili fluorescenční mikroskopii a elektrofyziologii v buňkách HEK293 ke zhodnocení povrchové exprese GluN1/GluN2A receptorů s alaninovými záměnami v LBD. U mutací GluN1 podjednotky jsme pozorovali korelaci mezi povrchovou expresí a citlivostí na glycin (hodnota EC50), zatímco u mutací podjednotky GluN2A korelace s EC50 pro L-glutamát chyběla. Mutantní cyklus ve zbytku GluN1-S688, včetně patogenních variant GluN1-S688Y a GluN1-S688P, vykazoval korelaci mezi expresí, hodnotami EC50 a změnou volné energie při navázání (ΔGbinding) glycinu. Mutace GluN1-S688Y navíc snižovala vstup vápníku do buňky a tím i excitotoxicitu. Naproti tomu cyklus GluN2A-S511 nevykazoval žádnou korelaci mezi povrchovou expresí, EC50 a ΔGbinding pro L-glutamát. Koexprese...

N-methyl-D-aspartate receptors (NMDARs) play a crucial role in excitatory signal transmission in the central nervous system. Their impaired function, for example due to single-point mutations, is associated with various neurological and psychiatric disorders. These pathogenic variants are also located within the ligand-binding domains (LBDs) of GluN subunits; however, their impact on early trafficking and receptor function remains insufficiently explored. The current hypothesis suggests the existence of a quality control mechanism for agonist occupancy within the LBD that operates in the endoplasmic reticulum (ER). In this study, we employed fluorescence microscopy and electrophysiology in HEK293 cells to assess the surface expression of GluN1/GluN2A receptors carrying alanine substitutions in the LBD. In GluN1 subunit mutations, we observed a correlation between surface expression and glycine sensitivity (EC50 values), while in GluN2A subunit mutations, no correlation with EC50 values for L- glutamate was detected. The mutational cycle for the GluN1-S688 residue, including the pathogenic variants GluN1-S688Y and GluN1-S688P, demonstrated a correlation between surface expression, EC50 values, and changes in glycine binding free energy (ΔGbinding). Additionally, the GluN1-S688Y mutation reduced...