Signal flow in the NMDA receptor–dependent phosphoproteome regulates postsynaptic plasticity for aversive learning

树突棘 突触后密度 突触后电位 细胞生物学 罗亚 磷酸化 突触可塑性 支架蛋白 NMDA受体 生物 神经科学 信号转导 化学 受体 生物化学 海马结构
作者
Yasuhiro Funahashi,Rijwan Uddin Ahammad,Xinjian Zhang,Emran Hossen,Masahiro Kawatani,Shinichi Nakamuta,Akira Yoshimi,Minhua Wu,Huanhuan Wang,Mengya Wu,Li Xu,Md. Omar Faruk,Md Hasanuzzaman Shohag,You-Hsin Lin,Daisuke Tsuboi,Tomoki Nishioka,Keisuke Kuroda,Mutsuki Amano,Yukihiko Noda,Kiyofumi Yamada,Kenji Sakimura,Taku Nagai,Takayuki Yamashita,Shigeo Uchino,Kozo Kaibuchi
出处
期刊:Science Signaling [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:17 (853) 被引量:1
标识
DOI:10.1126/scisignal.ado9852
摘要

Structural plasticity of dendritic spines in the nucleus accumbens (NAc) is crucial for learning from aversive experiences. Activation of NMDA receptors (NMDARs) stimulates Ca 2+ -dependent signaling that leads to changes in the actin cytoskeleton, mediated by the Rho family of GTPases, resulting in postsynaptic remodeling essential for learning. We investigated how phosphorylation events downstream of NMDAR activation drive the changes in synaptic morphology that underlie aversive learning. Large-scale phosphoproteomic analyses of protein kinase targets in mouse striatal/accumbal slices revealed that NMDAR activation resulted in the phosphorylation of 194 proteins, including RhoA regulators such as ARHGEF2 and ARHGAP21. Phosphorylation of ARHGEF2 by the Ca 2+ -dependent protein kinase CaMKII enhanced its RhoGEF activity, thereby activating RhoA and its downstream effector Rho-associated kinase (ROCK/Rho-kinase). Further phosphoproteomic analysis identified 221 ROCK targets, including the postsynaptic scaffolding protein SHANK3, which is crucial for its interaction with NMDARs and other postsynaptic scaffolding proteins. ROCK-mediated phosphorylation of SHANK3 in the NAc was essential for spine growth and aversive learning. These findings demonstrate that NMDAR activation initiates a phosphorylation cascade crucial for learning and memory.
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