Abstract

 Synapse-associated proteins (SAPs) are constituents of the pre- and postsynaptic submembraneous cytomatrix. Here, we present SAP102, a novel 102 kDa SAP detected in dendritic shafts and spines of asymmetric type 1 synapses. SAP102 is enriched in preparations of synaptic junctions, where it biochemically behaves as a component of the cortical cytoskeleton. Antibodies directed against NMDA receptors coimmunoprecipitate SAP102 from rat brain synaptosomes. Recombinant proteins containing the carboxy-terminal tail of NMDA receptor subunit NR2B interact with SAP102 from rat brain homogenates. All three PDZ domains in SAP102 bind the cytoplasmic tail of NR2B in vitro. These data represent direct evidence that in vivo SAP102 is involved in linking NMDA receptors to the submembraneous cytomatrix associated with postsynaptic densities at excitatory synapses.

Malignant gliomas have been shown to release glutamate, which kills surrounding brain cells, creating room for tumor expansion. This glutamate release occurs primarily via system xC, a Na+-independent cystine-glutamate exchanger. We show here, in addition, that the released glutamate acts as an essential autocrine/paracrine signal that promotes cell invasion. Specifically, chemotactic invasion and scrape motility assays each show dose-dependent inhibition of cell migration when glutamate release was inhibited using either S-(4)-CPG or sulfasalazine, both potent blockers of system xC. This inhibition could be overcome by the addition of exogenous glutamate (100 micromol/L) in the continued presence of the inhibitors. Migration/invasion was also inhibited when Ca2+-permeable alpha-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionic acid receptors (AMPA-R) were blocked using GYKI or Joro spider toxin, whereas CNQX was ineffective. Ca2+ imaging experiments show that the released glutamate activates Ca2+-permeable AMPA-R and induces intracellular Ca2+ oscillations that are essential for cell migration. Importantly, glioma cells release glutamate in sufficient quantities to activate AMPA-Rs on themselves or neighboring cells, thus acting in an autocrine and/or paracrine fashion. System xC and the appropriate AMPA-R subunits are expressed in all glioma cell lines, patient-derived glioma cells, and acute patient biopsies investigated. Furthermore, animal studies in which human gliomas were xenographed into scid mice show that chronic inhibition of system xC-mediated glutamate release leads to smaller and less invasive tumors compared with saline-treated controls. These data suggest that glioma invasion is effectively disrupted by inhibiting an autocrine glutamate signaling loop with a clinically approved candidate drug, sulfasalazine, already in hand.

Highlights•We corrected the mutant CFTR gene in cystic fibrosis iPSCs•Correction restored protein expression and function in iPSC-derived epithelial cells•We observed an exquisitely sensitive, homology-dependent, allele-preferred targetingSummaryRecently developed reprogramming and genome editing technologies make possible the derivation of corrected patient-specific pluripotent stem cell sources—potentially useful for the development of new therapeutic approaches. Starting with skin fibroblasts from patients diagnosed with cystic fibrosis, we derived and characterized induced pluripotent stem cell (iPSC) lines. We then utilized zinc-finger nucleases (ZFNs), designed to target the endogenous CFTR gene, to mediate correction of the inherited genetic mutation in these patient-derived lines via homology-directed repair (HDR). We observed an exquisitely sensitive, homology-dependent preference for targeting one CFTR allele versus the other. The corrected cystic fibrosis iPSCs, when induced to differentiate in vitro, expressed the corrected CFTR gene; importantly, CFTR correction resulted in restored expression of the mature CFTR glycoprotein and restoration of CFTR chloride channel function in iPSC-derived epithelial cells.