ノイレグリン1-3アイソフォーム間の構造的類似性は、中心ニューロンの細胞内分布とシグナル伝達モードを決定します

ERBBリガンドのニューレグリン（NRG）ファミリーは、異なる遺伝子、代替プロモーター、およびスプライスバリアントの使用に由来する多数のバリアントで構成されています。NRGは一般に、パラクリンモードまたは並木モードでERBB3/4受容体を介してシグナルを介して軸索とシナプス前末端に輸送されると考えられています。しかし、最近、未加工のpro-nrg2は細胞体と近位樹状突起に蓄積し、メタロプロテイナーゼによるエクトドメインの排出にNMDAR活性が必要であることを実証しました。ここでは、ラット海馬ニューロンの主要なNRGアイソフォームの細胞内分布と処理を体系的に調査しました。Nrg1 Isotypes IおよびIIは、Nrg2のようなIg様ドメインを持つ単一パス膜貫通タンパク質であることを示し、同じ細胞内分布とエクトドメインの脱片を共有します。さらに、CRD-NRG1と同様に、NRG3は、そのアミノ末端近くに2番目の膜貫通ドメインを抱えるデュアルパス膜貫通タンパク質であることを示しています。NRG3とCRD-NRG1の両方が、GABA作動性介在ニューロンに存在するERBB4と並置された相互作用を介して軸索上のクラスターをクラスターします。興味深いことに、シングルパスNRGは未加工のプロフォームとして蓄積しますが、CRD-NRG1およびNRG3の軸索涙点は処理されたタンパク質で構成されています。BACE阻害と同様に、BACEの切断に耐性を与えるCRD-NRG1およびNRG3の変異により、軸索涙点が失われ、神経細胞体に加工されていないプロフォームが蓄積されます。一緒に、これらの結果は、中央ニューロンの異なる膜トポロジと根本的に異なるターゲティングおよび処理特性を持つNRGの2つのグループを定義します。NRG/ERBB経路によるニューロンプロセスの調節に対するこの機能的多様性の意味について説明します。極度の声明では、多数のニューリーグリン（NRG）は、さまざまな遺伝子、プロモーター、および代替スプライシングを使用することで生成されますが、この進化的なスプライシングの機能的重要性は生成されます。保存された多様性は依然としてあまり理解されていません。ここでは、NRGが膜トポロジによって分類できることを示します。NRG1タイプI/IIやNRG2などの単一パスNRGは、細胞体に加工されていないプロフォームとして蓄積され、そのエクトドメインはNMDA受容体の活性化に応じてメタロプロテイナーゼによって排出されます。対照的に、デュアルパスCRD-NRG1とNRG3はBACEによって構成的に処理され、軸索モードでERBB4と相互作用する軸索に蓄積します。これらの発見は、膜トポロジー、タンパク質処理、および細胞内分布の間の以前は未知の機能的関係を明らかにし、単一およびデュアルパスNRGが根本的に異なる方法で神経機能を調節することを示唆しています。

The Neuregulin (NRG) family of ErbB ligands is comprised of numerous variants originating from the use of different genes, alternative promoters, and splice variants. NRGs have generally been thought to be transported to axons and presynaptic terminals where they signal via ErbB3/4 receptors in paracrine or juxtacrine mode. However, we recently demonstrated that unprocessed pro-NRG2 accumulates on cell bodies and proximal dendrites, and that NMDAR activity is required for shedding of its ectodomain by metalloproteinases. Here we systematically investigated the subcellular distribution and processing of major NRG isoforms in rat hippocampal neurons. We show that NRG1 isotypes I and II, which like NRG2 are single-pass transmembrane proteins with an Ig-like domain, share the same subcellular distribution and ectodomain shedding properties. We furthermore show that NRG3, like CRD-NRG1, is a dual-pass transmembrane protein that harbors a second transmembrane domain near its amino terminus. Both NRG3 and CRD-NRG1 cluster on axons through juxtacrine interactions with ErbB4 present on GABAergic interneurons. Interestingly, although single-pass NRGs accumulate as unprocessed proforms, axonal puncta of CRD-NRG1 and NRG3 are comprised of processed protein. Mutations of CRD-NRG1 and NRG3 that render them resistant to BACE cleavage, as well as BACE inhibition, result in the loss of axonal puncta and in the accumulation of unprocessed proforms in neuronal soma. Together, these results define two groups of NRGs with distinct membrane topologies and fundamentally different targeting and processing properties in central neurons. The implications of this functional diversity for the regulation of neuronal processes by the NRG/ErbB pathway are discussed.SIGNIFICANCE STATEMENT Numerous Neuregulins (NRGs) are generated through the use of different genes, promoters, and alternative splicing, but the functional significance of this evolutionary conserved diversity remains poorly understood. Here we show that NRGs can be categorized by their membrane topologies. Single-pass NRGs, such as NRG1 Types I/II and NRG2, accumulate as unprocessed proforms on cell bodies, and their ectodomains are shed by metalloproteinases in response to NMDA receptor activation. By contrast, dual-pass CRD-NRG1 and NRG3 are constitutively processed by BACE and accumulate on axons where they interact with ErbB4 in juxtacrine mode. These findings reveal a previously unknown functional relationship between membrane topology, protein processing, and subcellular distribution, and suggest that single- and dual-pass NRGs regulate neuronal functions in fundamentally different ways.