Neuronal membrane proteasomes regulate neuronal circuit activity in vivo and are required for learning-induced behavioral plasticity

爪蟾 运动前神经元活动 体内 神经科学 生物 细胞生物学 蛋白酶体 神经可塑性 生物神经网络 钙显像 化学 生物化学 基因 生物技术 有机化学
作者
Hai-yan He,Arifa Ahsan,Reshmi Bera,Natalie McLain,Regina L. Faulkner,Kapil V. Ramachandran,Seth S Margolis,Hollis T. Cline
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (3) 被引量:1
标识
DOI:10.1073/pnas.2216537120
摘要

Protein degradation is critical for brain function through processes that remain incompletely understood. Here, we investigated the in vivo function of the 20S neuronal membrane proteasome (NMP) in the brain of Xenopus laevis tadpoles. With biochemistry, immunohistochemistry, and electron microscopy, we demonstrated that NMPs are conserved in the tadpole brain and preferentially degrade neuronal activity–induced newly synthesized proteins in vivo. Using in vivo calcium imaging in the optic tectum, we showed that acute NMP inhibition rapidly increased spontaneous neuronal activity, resulting in hypersynchronization across tectal neurons. At the circuit level, inhibiting NMPs abolished learning-dependent improvement in visuomotor behavior in live animals and caused a significant deterioration in basal behavioral performance following visual training with enhanced visual experience. Our data provide in vivo characterization of NMP functions in the vertebrate nervous system and suggest that NMP-mediated degradation of activity-induced nascent proteins may serve as a homeostatic modulatory mechanism in neurons that is critical for regulating neuronal activity and experience-dependent circuit plasticity.

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