Effect of spatial learning on the protein tyrosine phosphatase STEP

Abstract

La protéine Striatal-Enriched Protein Tyrosine Phosphatase (STEP) joue un rôle important dans la régulation de la force synaptique, notamment par sa capacité à s'opposer au renforcement synaptique et à encourager la dépression à long terme. Des niveaux anormaux de STEP peuvent altérer l'apprentissage et la mémoire et ont été impliqués dans une variété de troubles neuropsychiatriques tels que la maladie d'Alzheimer. Bien qu'il existe de nombreux substrats et régulateurs connus de STEP, la gamme complète des molécules capables d'intéragir avec STEP reste à découvrir. Dans cette étude, nous avons utilisé deux méthodes complémentaires afin de trouver de nouveaux intéracteurs de STEP: l'identification par proximité à la biotine (BioID) et la purification par affinité couplée à la spectrométrie de masse (AP-MS). Nous avons ensuite utilisé le protocole de la piscine de Morris chez le rat afin de déterminer l'effet d'un apprentissage spatial sur les niveaux de STEP61, STEP non phosphorylé, le récepteur 1 de la neuromédine U (NMUR1) et la neurologine-1 (NLGN-1) dans l'hippocampe des rats. Nous avons observé qu'un environnement naturel riche en indices distaux radicalement différents les uns des autres était plus propice à l'apprentissage spatial qu'un environnement plus uniforme avec uniquement des images disponibles pour être utilisées comme indices distaux. Nous avons également constaté que la protéine STEP61 totale, la STEP non-phosphorylé et la NMUR1 n'ont pas changé à la suite d'un apprentissage spatial, mais que la NLGN-1 change dans l'un des protocoles utilisés. Enfin, nous n'avons pas été en mesure d'induire des changements dans les niveaux de STEP grâce à l'utilisation de NMDA ou de DHPG pour induire une dépression à long-term dans des cultures hippocampiques dissociées. Des recherches supplémentaires seront nécessaires afin de déterminer la nature des nouvelles interactions découvertes, ainsi que la façon dont celles-ci sont affectées par un apprentissage spatial, et le rôle de la dépression à long terme ou de la potentialisation à long terme dans ces processus.

The Striatal-Enriched Protein Tyrosine Phosphatase (STEP) plays an important role in the regulation of synaptic strength, namely through its ability to oppose synaptic strengthening and encourage long term depression. Abnormal levels of STEP can impair normal learning and memory, and have been implicated in a variety of neuropsychiatric disorders such as Alzheimer's Disease. Though there are many known substrates and regulators of STEP, the full range of STEP interactions remains to be discovered. In this study, we used Proximity-dependent Biotin Identification (BioID) and affinity-purified mass spectrometry (AP-MS) in order to identify novel interactors of STEP. We then used the Morris water maze (MWM) protocol in rats to determine the effect of a spatial learning event on STEP61, non-phosphorylated STEP, neuromedin U receptor 1 (NMUR1) and neurologin-1 (NLGN-1) levels in the hippocampus of rats. Throughout our experiments, we determined that a natural environment rich with dramatically different distal cues was more conducive to spatial learning than a more uniform environment with only images available to be used as distal cues. We found also that total STEP61, non-phosphorylated-STEP, and NMUR1 did not change as a result of a spatial learning event, but that NLGN-1 was increased in one of the protocols used. Finally, we were unable to induce changes in STEP levels through the use of NMDA or DHPG to induce long-term depression (LTD) in dissociated hippocampal cultures. Further research is required in order to determine the nature of the novel interactions discovered, as well as how these are impacted by a spatial learning event, and the role of LTD or long-term potentiation (LTP) in these processes.