Long-term depression (LTD) induced by NMDA receptor (NMDAR) activation leads to the endocytosis of AMPA receptors (AMPARs) via protein dephosphorylation, but how these two downstream events are coupled remains unclear. We show here that a regulated tripartite interaction between the small GTPase RalA, its effector and endocytic adaptor RalBP1, and an abundant postsynaptic scaffolding protein PSD-95 regulates NMDAR-dependent AMPAR endocytosis and LTD. NMDAR activation leads to RalA activation and RalBP1 dephosphorylation, promoting synaptic RalBP1 translocation via its dual binding to RalA and PSD-95. RalA and RalBP1 are required for NMDAR-dependent AMPAR endocytosis and LTD. The dual binding of RalBP1 to PSD-95 and RalA is sufficient to induce AMPAR endocytosis. RalA in the basal state, however, maintains surface AMPARs as scaffolding protein PSD-95 does. We propose that NMDAR activation recruits RalBP1 to RalA and PSD-95 to bring RalBP1-associated endocytic proteins close to PSD-95-associated AMPARs, thus tipping the balance of PSD-95 and RalA function from receptor maintenance to endocytosis.
시냅스의 가소성 중 장기신경전달저하(Long-term Depression)의 경우 NMDA 글루타메이트 수용체의 활성이 AMPA 글루타메이트 수용체의 엔도시토시스를 유도하여 발생한다. 이 과정에서 단백질의 탈인산화가 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있으나, 이것이 어떻게 AMPA 수용체의 엔도시토시스와 연결되는지 자세히 밝혀져 있지 않다. 이번 연구에서는 small GTPase RalA와 엔도시토시스 단백질인 RalBP1, 그리고 후시냅스의 골격 단백질인 PSD-95가 상호결합을 통해, NMDA 수용체에 의한 AMPA 수용체의 엔도시토시스를 조절할 수 있음을 밝혔다. NMDA 수용체의 활성은 RalA를 활성화시키고 동시에 RalBP1의 탈인산화를 유도하여, RalBP1이 RalA와 PSD-95에 결합할 수 있게 하고, 이 결합을 통해 RalBP1은 시냅스로 이동한다. RalA와 RalBP1은 NMDA 수용체에 의한 AMPA 수용체의 엔도시토시스와 장기신경전달저하에 필요함을 보였다. 또한 RalBP1이 RalA와 PSD-95에 결합하는 현상만으로도 AMPA 수용체의 엔도시토시스를 유도할 수 있음을 보였다. RalA의 경우 평상시에는 PSD-95와 마찬가지로 AMPA 수용체의 표면 발현을 유지시키는 역할을 함을 밝혔다. 위의 결과를 종합할 때, NMDA 수용체의 활성은 RalBP1과 그에 결합한 엔도시토시스 단백질들을 RalA와 PSD-95로 이동시키고 결국 PSD-95와 연결된 AMPA 수용체 가까이 위치시킴을 알 수 있다. 이를 통해 PSD-95와 RalA의 기능은 수용체의 표면 발현 유지에서 엔도시토시스로 변화된다.