Formation and remodeling of the brain extracellular matrix in neural plasticity: Roles of chondroitin sulfate and hyaluronan

神经周围网 细胞外基质 神经科学 神经可塑性 细胞生物学 细胞外 可塑性 硫酸软骨素 化学 生物 糖胺聚糖 材料科学 生物化学 复合材料
作者
Shinji Miyata,Hiroshi Kitagawa
出处
期刊:Biochimica Et Biophysica Acta - General Subjects [Elsevier BV]
卷期号:1861 (10): 2420-2434 被引量:153
标识
DOI:10.1016/j.bbagen.2017.06.010
摘要

The extracellular matrix (ECM) of the brain is rich in glycosaminoglycans such as chondroitin sulfate (CS) and hyaluronan. These glycosaminoglycans are organized into either diffuse or condensed ECM. Diffuse ECM is distributed throughout the brain and fills perisynaptic spaces, whereas condensed ECM selectively surrounds parvalbumin-expressing inhibitory neurons (PV cells) in mesh-like structures called perineuronal nets (PNNs). The brain ECM acts as a non-specific physical barrier that modulates neural plasticity and axon regeneration.Here, we review recent progress in understanding of the molecular basis of organization and remodeling of the brain ECM, and the involvement of several types of experience-dependent neural plasticity, with a particular focus on the mechanism that regulates PV cell function through specific interactions between CS chains and their binding partners. We also discuss how the barrier function of the brain ECM restricts dendritic spine dynamics and limits axon regeneration after injury.The brain ECM not only forms physical barriers that modulate neural plasticity and axon regeneration, but also forms molecular brakes that actively controls maturation of PV cells and synapse plasticity in which sulfation patterns of CS chains play a key role. Structural remodeling of the brain ECM modulates neural function during development and pathogenesis.Genetic or enzymatic manipulation of the brain ECM may restore neural plasticity and enhance recovery from nerve injury. This article is part of a Special Issue entitled Neuro-glycoscience, edited by Kenji Kadomatsu and Hiroshi Kitagawa.
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