Neurodevelopmental disorders such as autism spectrum disorder (ASD) may be caused by alterations in genes encoding proteins that are involved in synapse formation and function. This includes scaffold proteins such as Shank3, and synaptic adhesion proteins such as Neurexins or Neuroligins. An important question is whether the products of individual risk genes cooperate functionally (exemplified in the interaction of Neurexin with Neuroligin isoforms). This might suggest a common pathway in pathogenesis. For the SHANK3 gene, heterozygous loss of function, as well as missense mutations have been observed in ASD cases. Several missense mutations affect the N-terminal part of Shank3 which contains the highly conserved Shank/ProSAP N-terminal (SPN) and Ankyrin repeat (Ank) domains. The role of these domains and the relevance of these mutations for synaptic function of Shank3 are widely unknown. We used purification from a synaptic protein fraction, as well as a variety of biochemical and cell biological approaches to identify proteins which associate with the Shank3 N-terminus at postsynaptic sites. We report here that δ-catenin, which is encoded by CTNND2, an autism candidate gene, directly interacts with the Ank domain of Shank3 at postsynaptic sites through its Armadillo-repeat domain. The interaction is not affected by well-known posttranslational modifications of δ-catenin, i.e. by phosphorylation or palmitoylation. However, an ASD-associated mutation in the SPN domain of Shank3, L68P, significantly increases the interaction of Shank3 with δ-catenin. By analysis of postsynaptic fractions from mice, we show that the lack of SPN-Ank containing, large isoforms of Shank3 results in the loss of postsynaptic δ-catenin. Further, expression of Shank3 variants containing the N-terminal domains in primary cultured neurons significantly increased the presence of coexpressed δ-catenin at postsynaptic sites. Work in model organisms such as mice, and in primary cultured neurons may not reproduce faithfully the situation in human brain neurons. Work in primary cultured neurons was also hampered by lack of a specific antibody for endogenous δ-catenin. Our data show that the interaction between Shank3 N-terminus and δ-catenin is required for the postsynaptic targeting of δ-catenin. Failure of proper targeting of δ-catenin to postsynaptic sites may contribute to the pathogenesis of autism spectrum disorder.

中文翻译：

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通过与 Shank3 N 末端的相互作用将 δ-连环蛋白靶向突触后位点

自闭症谱系障碍 (ASD) 等神经发育障碍可能是由编码参与突触形成和功能的蛋白质的基因改变引起的。这包括支架蛋白（如 Shank3）和突触粘附蛋白（如 Neurexins 或 Neuroligins）。一个重要的问题是个体风险基因的产物是否在功能上协同作用（例如 Neurexin 与 Neuroligin 同种型的相互作用）。这可能暗示了发病机制中的一个共同途径。对于 SHANK3 基因，已在 ASD 病例中观察到杂合性功能丧失以及错义突变。几个错义突变影响 Shank3 的 N 端部分，其中包含高度保守的 Shank/ProSAP N 端 (SPN) 和锚蛋白重复 (Ank) 域。这些域的作用以及这些突变与 Shank3 突触功能的相关性广为人知。我们使用从突触蛋白部分中纯化，以及各种生化和细胞生物学方法来鉴定与突触后位点的 Shank3 N 末端相关的蛋白质。我们在此报告，由自闭症候选基因 CTNND2 编码的 δ-连环蛋白通过其犰狳重复结构域在突触后位点与 Shank3 的 Ank 结构域直接相互作用。这种相互作用不受众所周知的 δ-连环蛋白翻译后修饰的影响，即磷酸化或棕榈酰化。然而，Shank3 的 SPN 域 L68P 中的 ASD 相关突变显着增加了 Shank3 与 δ-连环蛋白的相互作用。通过分析小鼠的突触后部分，我们表明缺乏包含 SPN-Ank 的 Shank3 大同种型导致突触后 δ-连环蛋白的丢失。此外，在原代培养的神经元中表达包含 N 端结构域的 Shank3 变体显着增加了突触后位点共表达的 δ-连环蛋白的存在。在模型生物（如小鼠）和原代培养神经元中的工作可能无法忠实地再现人脑神经元中的情况。由于缺乏针对内源性 δ-连环蛋白的特异性抗体，原代培养神经元的工作也受到阻碍。我们的数据显示，Shank3 N 末端和 δ-连环蛋白之间的相互作用是 δ-连环蛋白的突触后靶向所必需的。δ-连环蛋白未能正确靶向突触后位点可能导致自闭症谱系障碍的发病机制。Shank3 的大同种型导致突触后 δ-连环蛋白的丢失。此外，在原代培养的神经元中表达包含 N 端结构域的 Shank3 变体显着增加了突触后位点共表达的 δ-连环蛋白的存在。在模型生物（如小鼠）和原代培养神经元中的工作可能无法忠实地再现人脑神经元中的情况。由于缺乏针对内源性 δ-连环蛋白的特异性抗体，原代培养神经元的工作也受到阻碍。我们的数据显示，Shank3 N 末端和 δ-连环蛋白之间的相互作用是 δ-连环蛋白的突触后靶向所必需的。δ-连环蛋白未能正确靶向突触后位点可能导致自闭症谱系障碍的发病机制。Shank3 的大同种型导致突触后 δ-连环蛋白的丢失。此外，在原代培养的神经元中表达包含 N 端结构域的 Shank3 变体显着增加了突触后位点共表达的 δ-连环蛋白的存在。在模型生物（如小鼠）和原代培养神经元中的工作可能无法忠实地再现人脑神经元中的情况。由于缺乏针对内源性 δ-连环蛋白的特异性抗体，原代培养神经元的工作也受到阻碍。我们的数据显示，Shank3 N 末端和 δ-连环蛋白之间的相互作用是 δ-连环蛋白的突触后靶向所必需的。δ-连环蛋白未能正确靶向突触后位点可能导致自闭症谱系障碍的发病机制。在原代培养的神经元中表达包含 N 端结构域的 Shank3 变体显着增加了突触后位点共表达的 δ-连环蛋白的存在。在模型生物（如小鼠）和原代培养神经元中的工作可能无法忠实地再现人脑神经元中的情况。由于缺乏针对内源性 δ-连环蛋白的特异性抗体，原代培养神经元的工作也受到阻碍。我们的数据显示，Shank3 N 末端和 δ-连环蛋白之间的相互作用是 δ-连环蛋白的突触后靶向所必需的。δ-连环蛋白未能正确靶向突触后位点可能导致自闭症谱系障碍的发病机制。在原代培养的神经元中表达包含 N 端结构域的 Shank3 变体显着增加了突触后位点共表达的 δ-连环蛋白的存在。在模型生物（如小鼠）和原代培养神经元中的工作可能无法忠实地再现人脑神经元中的情况。由于缺乏针对内源性 δ-连环蛋白的特异性抗体，原代培养神经元的工作也受到阻碍。我们的数据显示，Shank3 N 末端和 δ-连环蛋白之间的相互作用是 δ-连环蛋白的突触后靶向所必需的。δ-连环蛋白未能正确靶向突触后位点可能导致自闭症谱系障碍的发病机制。并且在原代培养的神经元中可能无法忠实地再现人脑神经元中的情况。由于缺乏针对内源性 δ-连环蛋白的特异性抗体，原代培养神经元的工作也受到阻碍。我们的数据显示，Shank3 N 末端和 δ-连环蛋白之间的相互作用是 δ-连环蛋白的突触后靶向所必需的。δ-连环蛋白未能正确靶向突触后位点可能导致自闭症谱系障碍的发病机制。并且在原代培养的神经元中可能无法忠实地再现人脑神经元中的情况。由于缺乏针对内源性 δ-连环蛋白的特异性抗体，原代培养神经元的工作也受到阻碍。我们的数据显示，Shank3 N 末端和 δ-连环蛋白之间的相互作用是 δ-连环蛋白的突触后靶向所必需的。δ-连环蛋白未能正确靶向突触后位点可能导致自闭症谱系障碍的发病机制。