ショウジョウバエの脳内配線におけるシナプスパートナーの選択を制限するオートファジー依存性フィロポディアルキネティクス

Autophagy-dependent filopodial kinetics restrict synaptic partner choice during Drosophila brain wiring.

• Ferdi Ridvan Kiral
• Gerit Arne Linneweber
• Thomas Mathejczyk
• Svilen Veselinov Georgiev
• Mathias F Wernet
• Bassem A Hassan
• Max von Kleist
• Peter Robin Hiesinger

抄録

脳の配線は非常に正確であるが、ほとんどのニューロンは機会が与えられると、誤った相手と容易にシナプスを形成してしまう。このように、軸索と樹状突起の動的な位置関係はシナプス形成を制限するが、時空間的な相互作用の動態とその制御については、発達途上の脳内では本質的に不明な点が多い。本研究では、軸索フィラポディアの動態がシナプス形成とパートナー選択を制限していることを示した。発達途上のショウジョウバエ脳の4Dイメージングを用いて、軸索の運動機構がオートファジーによって制御されていることを示した。その結果、オートファゴソームはシナプス形成時に形成され、その後には、オートファゴソームが崩壊するという驚くべき特異性を示した。その結果、シナプス形成に必要なオートファゴソームの分解がシナプス形成を定量的に制御していることが、計算モデルや遺伝学的実験によって明らかになった。また、シナプスの形成には、オートファジーによる分解が関与していることが示されている。このように、シナプスの形成には、オートファジーが関与していることが知られている。

Brain wiring is remarkably precise, yet most neurons readily form synapses with incorrect partners when given the opportunity. Dynamic axon-dendritic positioning can restrict synaptogenic encounters, but the spatiotemporal interaction kinetics and their regulation remain essentially unknown inside developing brains. Here we show that the kinetics of axonal filopodia restrict synapse formation and partner choice for neurons that are not otherwise prevented from making incorrect synapses. Using 4D imaging in developing Drosophila brains, we show that filopodial kinetics are regulated by autophagy, a prevalent degradation mechanism whose role in brain development remains poorly understood. With surprising specificity, autophagosomes form in synaptogenic filopodia, followed by filopodial collapse. Altered autophagic degradation of synaptic building material quantitatively regulates synapse formation as shown by computational modeling and genetic experiments. Increased filopodial stability enables incorrect synaptic partnerships. Hence, filopodial autophagy restricts inappropriate partner choice through a process of kinetic exclusion that critically contributes to wiring specificity.