Interplay between Dopamine and γ2- AminoButyric Acid type A receptors' surface dynamics during maturation of neurons and development of hippocampal networks.

Abstract

A dynamic synapse is crucial not only in the regulation of synaptic transmission but also for maturation and development of neurons and neuronal circuits. This is particularly important in the case of receptors, which must keep highly mobile and capable of exchanging between synapse and extrasynapse by lateral diffusion in order to modulate synaptic strength. This process must be well regulated and, one of the ways of doing so is through protein-protein interactions. Dopamine receptors are an interesting example by which this happens, providing at the same time a novel way of crosstalk between neurotransmitter systems and receptor dynamics regulation. First, a specific direct physical interaction was described between dopamine D5 receptor (D5R) and the γ2 subunit of γ-AminoButyric Acid type A Receptors (GABAARs); this interaction could bi-directionally modulate the involved receptors’ properties, inhibiting them upon agonist application. A couple of years later, another interaction, this time between dopamine D1 receptor (D1R) and N-Methyl-D-Aspartate Receptors (NMDARs), was also shown to modulate NMDARs function. Interestingly, our group showed that this interaction forms a perisynaptic reservoir of NMDARs that quickly diffuse to the synapse, enhancing synaptic strength, upon complex disruption by dopamine activation or interfering peptide action. This observation led us to wonder whether the D5R-GABAAR interaction initially described was also capable of modulating these receptors surface dynamics. We here present preliminary data, obtained using super-resolution single nanoparticle tracking of D5/D1R and GABAAR transfected in hippocampal neurons, which suggest that D5Rs show a confined and slow diffusion behavior in inhibitory but not glutamatergic synapses, in accordance with the clustering with GABAARs but not NMDARs.

Uma sinapse dinâmica é fundamental não só na regulação da transmissão sináptica mas também para a maturação e desenvolvimento de neurónios e circuitos neuronais. Isto é particularmente importante no caso de recetores, que devem ser altamente móveis e capazes de transitar entre a sinapse e a extra-sinapse por difusão lateral de modo a modular a transmissão sináptica. Este processo tem de ser devidamente regulado e, uma das maneiras de o fazer é através de interações proteína-proteína. Um exemplo interessante é o caso dos recetores de Dopamina, proporcionando ao mesmo tempo uma nova forma de ‘conversa-cruzada’ entre sistemas de neurotransmissores e a regulação da dinâmica dos respetivos recetores. Inicialmente foi descrita uma interação física e direta entre o recetor de Dopamina D5 (RD5) e a subunidade γ2 dos recetores tipo A de ácido gamaaminobutírico (RsGABAA); esta interação podia modular bidireccionalmente as propriedades dos recetores envolvidos, inibindo-os após administração dos agonistas. Um par de anos mais tarde foi descrita outra interação, desta vez entre o recetor de Dopamina D1 (RD1) e os recetores de NMetilo- D-Aspartato (RsNMDA), capaz de modular a função destes últimos. Interessantemente, o nosso grupo mostrou que esta interação forma um reservatório peri-sináptico de RsNMDA que difundem rapidamente para a sinapse, aumentando a força sináptica, após rutura do complexo por ativação de Dopamina ou ação de um péptido de interferência. Esta observação levou-nos a pensar se a interação RD5-RGABAA descrita inicialmente é também capaz de modular a dinâmica de superfície destes recetores. Aqui apresentamos resultados preliminares, obtidos usando superresolution single nanoparticle tracking de recetores D5, D1 e GABAA transfetados em neurónios de hipocampo, que sugerem que os recetores D5 exibem um comportamento de confinamento e difusão lenta em sinapses inibitórias, mas não excitatórias, acordante com a interação com RsGABAA mas não com RsNMDA.