Shank3 is a multi-domain scaffolding protein enriched in the postsynaptic density of excitatory synapses. By interacting with glutamate receptors and actin cytoskeleton regulatory proteins, Shank3 links excitatory neurotransmission with downstream signaling, thus functioning as a master organizer of postsynaptic sites. In humans, mutations in SHANK3 has been associated with autism spectrum disorder (ASD), a neurodevelopmental disorder characterized by impaired sociability and restricted, repetitive patterns of behavior. In this research, to establish an ASD animal model, I generated a knockout mouse line in which exon 9 of Shank3 was deleted $(Shank3^{Δ9 } mice)$. Among various Shank3 isoforms, $Shank3^{Δ9}$ mice specifically lacked isoforms containing the N-terminal ankyrin repeat region. These isoforms were enriched in the forebrain regions. In addition, I found that Shank3 isoforms show differential expression patterns in different brain regions. In $Shank3^{Δ9}$ mice, evoked excitatory transmission was suppressed in the hippocampus, and basal inhibitory but not excitatory transmission was altered differentially in the hippocampus and the medial prefrontal cortex. Behaviorally, $Shank3^{Δ9}$ mice did not show core autistic-like symptoms, but showed slightly increased rearing behavior in a novel environment, and mild deficits in spatial learning. These results suggest that ankyrin repeat-containing Shank3 isoforms are involved in regulating excitatory/inhibitory balance, and that deletion of these isoforms has subtle effects on specific behaviors.
Shank3는 신경 세포의 흥분성 시냅스에 존재하는 단백질로, 후시냅스의 다양한 단백질과의 상호 작용을 통해 후시냅스 구조의 조직에 중요한 역할을 담당하고 있다. 사람에서 SHANK3 유전자는 자폐 스펙트럼 장애와 연관이 있다고 잘 알려져 있다. 자폐 스펙트럼 장애는 사회적 행동의 결여와, 제한적이고 반복적인 행동 양상을 보이는 발달 장애이다. 본 연구에서는 자폐 스펙트럼 장애의 동물 모델을 확립하기 위해 Shank3 유전자의 엑손 9번을 제거한 결손 생쥐를 만들었다 ($Shank3^{Δ9}$ 생쥐). 이 생쥐에서는 Shank3 단백질의 다양한 이성질체 중 ankyrin repeat region을 포함한 이성질체가 특이적으로 제거되어 있었다. 이 이성질체는 전뇌 부위에 많이 발현함을 확인했다. 추가로, 본 연구에서는 Shank3 단백질 이성질체들이 다양한 뇌 영역에서 다른 양상으로 발현된다는 것을 발견하였다. 전기생리학적 분석을 수행한 결과, $Shank3^{Δ9}$ 생쥐의 해마에서 자극에 의한 흥분성 신경전달이 감소된 것을 확인하였고, 해마와 전전두엽에서 각각 다른 방향으로 기초적 억제성 신경전달이 변화한 것을 확인하였다. 행동학적으로 $Shank3^{Δ9}$ 생쥐는 자폐증의 핵심 증상을 보이지는 않았지만, 새로운 환경에서 뒷발로 일어서는 행동이 증가했고, 공간 학습 능력에서 약한 손상을 보였다. 이러한 결과들은 ankyrin repeat region을 포함한 Shank3 단백질 이성질체들이 흥분/억제 균형을 조절하는데 관여하고, 몇 가지 행동에 미묘한 영향을 미친다는 것을 제시한다.
