Synaptic cell adhesion molecules regulate multiple steps of synapse formation and maturation. The great diversity of neuronal synapses predicts the presence of a large number of adhesion molecules that control synapse formation through trans-synaptic and heterophilic adhesion. I identify a novel trans-synaptic interaction between NGL-3, a PSD-95-interacting postsynaptic adhesion molecule, and LAR, a receptor protein tyrosine phosphatase. The leucine-rich repeat (LRR) domain of NGL-3, containing nine LRRs, interacts with the first two fibronectin III (FNIII) domains of LAR to induce bidirectional synapse formation. Moreover, Gln 96 in the first LRR motif of NGL-3 is critical for LAR binding and induction of presynaptic differentiation. Neuronal overexpression of NGL-3 increases presynaptic contacts on dendrites of transfected neurons. Direct aggregation of NGL-3 on dendrites induces coclustering of excitatory postsynaptic proteins. Knockdown of NGL-3 reduces the number of excitatory synapses, but not inhibitory synapses. These results suggest that trans-interaction between NGL-3 and LAR is involved in excitatory synaptic differentiation.
시냅스 세포접착단백질은 시냅스 형성과 성숙에 관여하는 여러 단계를 조절하고 있다. 신경세포의 시냅스가 매우 다양하다는 것을 고려해보면, 시냅스 양방향으로 이종 (heterophilic) 접합을 통해서 시냅스 형성을 조절하는 세포접착단백질들이 상당히 많이 존재할 것이라고 예상할 수 있다. 이번 연구에서는 시냅스 세포접착단백질 중, PSD-95와 결합하는 후시냅스 접착단백질인 NGL-3와 tyrosine 탈인산화효소 수용체인 LAR가 시냅스 양방향에서 서로 결합한다는 것을 새롭게 밝혔다. 이러한 결합은 NGL-3의 leucine-rich repeat (LRR) 도메인과 LAR의 fibronectin III의 첫 번째와 두 번째 도메인에 의해 조절되며, 이 도메인들을 통해서 시냅스 양방향으로 시냅스 형성이 유도된다는 것 또한 밝혔다. 더불어, NGL-3의 첫 번째 LRR motif에 있는 glutamine 96이 LAR와의 결합과 전시냅스 분화 유도에 중요하다는 것을 관찰하였다. 신경세포에서 NGL-3를 과발현시키면, 과발현된 신경세포와 접촉하고 있는 전시냅스 형성이 매우 증가하게 된다. 또한, 수상돌기에 있는 NGL-3를 bead나 항체를 이용하여 직접적으로 뭉치게 하였을 때, 흥분성 후시냅스의 단백질들이 같이 모이는 것을 관찰하였다. shRNA를 이용하여 NGL-3의 발현을 억제하면 흥분성 시냅스의 수는 줄어들지만 억제성 시냅스의 수에는 영향을 주지 않았다. 이러한 결과들을 통해 NGL-3와 LAR의 결합은 흥분성 시냅스의 분화를 양방향으로 유도하는데 중요하다는 것을 알 수 있다.
