Functional consequences of interactions between the neural cell adhesion molecule NCAM, the receptor protein tyrosine kinase TrkB and the inwardly rectifying K+ channel Kir3.3 in Mus musculus (Linnaeus, 1758)

Abstract

This study provides evidence that the intracellular domains of the neural cell adhesion molecule NCAM and the receptor protein tyrosine kinase TrkB directly interact, and that both molecules bind to distinct sites at the C-terminal intracellular domain of the inwardly rectifying K+ channel subunit Kir3.3. TrkB, but not the closely related Trk-family member TrkA, increases K+ currents mediated by Kir3.1/3.3 channels, through increased cell surface expression. TrkB does not increase the K+ currents mediated by channels made up by other functional Kir3 subunits like Kir3.1/3.2 or Kir3.1/3.4. TrkB-dependent Kir3.1/3.3-mediated currents are reduced by co-expression with NCAM due to reduced cell surface expression of Kir3.1/3.3. Expression of Kir3.1/3.3, but not Kir3.1/3.2, inhibits NCAM-induced neurite outgrowth. A further functional relationship between TrkB and NCAM was seen in experiments showing that TrkB, triggered by its ligand BDNF, enhances tyrosine phosphorylation of NCAM. Moreover, the knock-down of TrkB leads to a reduction of NCAM-, but not laminin-induced neurite outgrowth. The observations indicate an decisive role for a neuronal K+ channel in mediating TrkB- and NCAM-interdependent regulation of neurite outgrowth and attribute a physiologically meaningful influence of Kir3.3 in limiting neurite outgrowth in ontogenetic development.

Diese Studie zeigt, dass die intrazellulären Domänen des neuralen Zelladhäsionsmoleküls NCAM und der Rezeptor-Tyrosinkinase TrkB direkt miteinander interagieren und, dass beide Moleküle an unterschiedlichen Stellen der intrazellulären C-terminalen Domäne des G-Protein-aktivierten Kaliumkanals Kir3.3 binden. TrkB, im Gegensatz zu dem eng verwandten TrkA, erhöht Kir3.1/3.3-Kanal vermittelte K+-Ströme aufgrund von erhöhter Zelloberflächenexpression der Kir3.1/3.3-Kanäle. TrkB erhöht jedoch nicht Ströme, die durch Kir3.1/3.2- und Kir3.1/3.4-Kanäle vermittelt werden. Durch TrkB erhöhte Kir3.1/3.3 vermittelte Ströme werden durch zusätzliche Expression von NCAM reduziert. Dies geschieht aufgrund einer geringeren Zelloberflächenexpression der Kir3.1/3.3 Kanäle. Expression von Kir3.1/3.3, nicht jedoch von Kir3.1/3.2, inhibiert NCAM-induziertes Neuritenwachstum. Ein weiterer funktioneller Zusammenhang zwischen TrkB und NCAM wurde in Experimenten gesehen, die zeigen, dass BDNF-aktiviertes TrkB die Phosphorylierung von NCAM steigert. Darüber hinaus führt der knock-down von TrkB zu einer Reduktion des NCAM-induzierten, aber nicht Laminin-induzierten Neuritenwachstums. Diese Beobachtungen zeigen, dass ein neuronaler Kaliumkanal die voneinander abhängige Regulation von TrkB und NCAM in Bezug auf Neuritenwachstum modulieren kann, und beschreiben einen physiologisch bedeutungsvollen Einfluss von Kir3.3 durch das Einschränken von Neuritenwachstum in der ontogenetischen Entwicklung.