Shank2 is a multidomain scaffolding protein implicated in the structural and functional coordination of multiprotein complexes at excitatory postsynaptic sites as well as in psychiatric disorders, including autism spectrum disorders. While Shank2 is strongly expressed in the cerebellum, whether Shank2 regulates cerebellar excitatory synapses, or contributes to the behavioral abnormalities observed in $Shank2^{-/-}$ mice, remains unexplored. Here we show that $Shank2^{-/-}$ mice show reduced excitatory synapse density in cerebellar Purkinje cells in association with reduced levels of excitatory postsynaptic proteins including GluD2 and PSD-93 and impaired motor coordination in the Erasmus test. Shank2 deletion restricted to Purkinje cells ($Pcp2-Cre;Shank2^{fl/fl}$ mice) leads to similar reductions in excitatory synapse density, synaptic protein levels, and motor coordination. $Pcp2-Cre;Shank2^{fl/fl}$ mice do not recapitulate autistic-like behaviors observed in $Shank2^{-/-}$ mice, such as social-interaction deficits, altered ultrasonic vocalizations, repetitive behaviors, and hyperactivity. However, $Pcp2-Cre;Shank2^{fl/fl}$ mice display enhanced repetitive behavior in the hole-board test and anxiety-like behavior in the light-dark test, which are not observed in $Shank2^{-/-}$ mice. These results implicate Shank2 in the regulation of cerebellar excitatory synapse density, motor coordination, and specific repetitive and anxiety-like behaviors.
Shank2는 다중영역골격단백질로 흥분성 시냅스의 다중단백질복합체의 구조 및 기능적 조절을 담당하며, 자폐스펙트럼장애를 비롯한 정신질환에도 연관되어있다. 소뇌에서 Shank2가 강하게 발현됨에도 불구하고, Shank2 결손 생쥐에서 Shank2가 소뇌 흥분성 시냅스를 조절하거나, 행동이상에 기여하는지는 아직 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 Shank2 결손 생쥐의 소뇌 퍼킨지 세포에서 GluD2와 PSD-93을 비롯한 흥분성 후시냅스 단백질 발현의 감소와 더불어 흥분성 시냅스 밀도가 감소되어있는 것을 발견했고, Shank2 결손 생쥐가 Erasmus 실험에서 운동조절기능 손상을 보임을 밝혔다. 퍼킨지 세포에서만 제한적으로 Shank2를 결손시킨 생쥐 ($Pcp2-Cre;Shank2^{fl/fl}$ 생쥐)의 경우 역시 Shank2 결손 생쥐와 유사하게 흥분성 시냅스 밀도 및 시냅스 단백질 발현양의 감소와, 운동조절기능의 손상을 보였다. $Pcp2-Cre;Shank2^{fl/fl}$ 생쥐에서는 Shank2 결손 생쥐에서 보였던 사회성 결여와 초음파 발성 이상, 반복 행동, 과잉행동은 재현되지 않았다. 그러나 $Pcp2-Cre;Shank2^{fl/fl}$ 생쥐는 Shank2 결손 생쥐에서 나타나지 않았던 구덩이-판 실험에서의 반복 행동과, 광-암 실험에서의 불안증세를 보였다. 본 결과들은 Shank2가 소뇌에서의 흥분성 시냅스 밀도와 운동능력조절, 특정한 양상의 반복 행동 및 불안증세에 관여함을 시사한다.
