От модулятора к медиатору
Нейротрофины – это семейство регуляторных белков, которые структурно связаны и отвечают за дифференцировку, выживание и контроль функций разных центральных и периферических нейронов.
Членов этого семейства характеризует гомология строения. Наиболее исследованными учеными и близкими по структуре являются NT-4/5, NT-3, NGF (фактор роста семейства нейротрофинов), BDNF (мозговой нейротрофический фактор) – относятся к семейству нейрофинов. Эти белковые структуры были обнаружены у амфибий, некоторых рыб, миног, млекопитающих и рептилий. Однако при попытке найти схожие последовательности были обнаружены новые нейрофины у миног и костных рыб, но у беспозвоночных не выявили гомологов нейрофинов. При соответственном изменении и секретирование в клеточную внешнюю среду предвестников пре-про-нейтрофиновв виде созревших гемодимерных белков образуются нейтрофины.
Одним из наиболее исследуемых учеными нейротрофинов, которые поддерживают и стимулируют развитие белка, является BDNF. Два структурно не связанных типа мембранных рецепторов и тирозиникиназный рецептор TrkB и p75 связываются с BDNF. TrkB соединяется с нейротрофином NT-4/5, но с аффиностью меньше чем с BDNF. Тирозинкиназные рецепторы TrkC и TrkA активируются при помощи NT-3 и NGF. Так как BDNF относится к семейству нейтрофинов, он так же благоприятно влияет на выживание нейронов. Рецепторы этого нейротрофина широко влияют на центральную нервную систему. Свою экспрессию более всего они проявляют в коре больших полушарий и гиппокампе.
С самого начала нейротрофин BDNF получали из свиного мозга, ссылаясь на егоспособность поддерживать высокую выживаемость базальных ганглиевых клеток. Позже было обнаружено, что BDNF и рецепторы могут экспрессироватся и в центральной системе. Особенно высокой экспрессия была в коре головного мозга, гиппокампе и и развивающихся областях. Так же BDNF интересен своим свойством его экпрессии и секреции регулироватся при нейрональной активности.
Последнее научные исследования обнаружили, что, как и зрелый белок, так и «proBDNF», его предшественник, по-разному секретируются при разных уровнях активности. И хотя много гипотез утверждают, что BDNF имеет конститутивное освобождение, на сегодняшний день нет четких доказательств конститутивного освобождения BDNF при определённых физиологических условиях. На сегодняшний день взаимосвязи между NT-45 или NT-3 и нейрональной активностью и экспрессией и секрецией NGF так и не установлена в отличие от BDNF. Основным кандидатом при преобразовании из нейрональной активности в функциональную и морфологическую перестройку, и поддержание нейрональных циклов является BDNF.
Вдобавок к его обычным нейтрофинновым эффектам, которые имеют вероятность проявиться в срок от нескольких часов до нескольких суток и обычно становятся следствиями мутации экспрессии генов клетки, BDNF в значительной степени оказывает влияние на синаптическую передачу и оказывается вовлеченным в создание долгосрочной потенциации. Большой процент из случившихся эффектов BDNF является следствием модуляцией им характеристик ионных каналов, проходящей в сопровождении TrkB-опосредованной активацией каскадов вторичных посредников, которые происходят внутри клеток, и фосфорилированием белков. Но, в то же время, в последних исследованиях было отмечено, что BDNF обладает свойствами не только модулятора ионных каналов, но также вполне может быть способным моментально и быстро производить открытие натриевого канала, наделив, тем самым, BDNF свойствами классического возбудительного трансмиттера. Следовательно, BDNF, вдобавок к роли мощного нейромодулятора, может выступать в роли вещества, обладающего свойствами возбудительного трансмиттера, которое в значительной степени влияет на мембранный потенциал покоя, синоптическую передачу, нейрональную возбудимость и задействовано в образовании синаптической пластичности.
TrkB – это рецептор, который связан с BDNF с наибольшей степенью аффинности. Он может экспрессироваться в нескольких вариантах. Для TrB FL свойственна наиболее полная последственность, он обладает внутриклеточным тирозинкиназным доменом.
TrkB, рецептор, что связывается с BDNF с самой большей аффинностью, способен экспрессироваться в нескольких вариантах. Вариант TrB FL располагает наиболее полной последовательностью, он обладает внутриклеточным тирозинкиназным доменом. У укороченных вариантов рецептора (TrkB-T2 и TrkB-T1) не имеют такого свойства, как тирозинкиназная активность, но в то же время принимают участие в процессе передачи сигнала в клетке. Начало их активации производит увеличение скорости высвобождения кислотных метаболитов. TrkB-T1 оказывает влияние на процесс развития нейробластомы и на рост филоподий. Этот рецептор помогает осуществлению быстрой активации PLC и IP3-вызванного выброса кальция из специальных хранилищ внутри глиальных клеток.
Если связать TrkBFl с BDNF, то это может активировать некоторые сигнальные каскады внутри клеток. Связывание с BDNF приводит к фосфорилированию некоторых тирозиновых остатков в домене цитоплазмы рецептора. Автофосфорилированиеприводит к заданию сигнального пути фосфолипазы Cy (PlCy). При этом происходит образование вторичных переносчиков DAG – инозитолтрифосфата IP3 и диацилглицерола, происходит выброс из ДЕПО Ca внутри клеток. В течении двадцати секунд после того, как BDNF вступает в контакт с первичной культурой эмбрионных клеток лабораторной крысы, происходит процесс стимуляции PLCy, который длится по времени около тридцати минут. Показано, что Trk-опосредованная активация PLCy проявляет себя при долгосрочной потенциации в гиппокаме. Она вызвана тетанической стимуляцией или тета-ритмом, а также осуществляетвызов ионных токов. К тому же, активация TrkB FL фосфорирование приводит к стимуляции Akt-киназы и фосфолипида киназы PL-3, которые выполняют самуюважную роль в создании поддержки функции и выживании нейронов. Вследствие чего происходит активация малого GTF-связывающего белка RAS и MEK-MAPK сигнального пути (митоген является активирующейся протеинкиназой), которые вовлечены в создание поддержки роста аксонов и выживания нейронов.
BDNF быстро оказывает эффект как на тормозную, так и на возбудительную синаптическую систему при помощи изменения свойств ионотропных рецепторов. В результате некоторых исследований выяснилось, что непосредственноBDNF является причиной изменения постсинартических глутамат-связанных ионных каналов.
В то же время, если связать TrkB FL и BDNF, то это приведет к активации данных постисинаптических рецепторов. И в свою очередь это приводит к увеличению способности пропуска последних (Ca проходит внутрь клетки и выполняет роль вторичного посредника). Процесс связывания NMDA с TrkB FL рецепторами проводится с участием тирозинкиназы Fyn из Src-семейства тирозинкиназ. Исследования показали, что эти процессы задействованы в процессе формирования пространственной памяти в гиппокампе.
Если ввести блокатор тирозинкиназы К-252 в постсинаптический нейрон, эти эффекты исчезали, что опять же подтверждает участие TrkB FL в процессе активации NMDA при помощи нейротрофинов. Также был отмечен быстрый рост пропускной способности NMDA рецепторов (менее 1 секунды) при участии нейротрофинов, который не блокировался К-252а. Вызываемый при помощи BDNF ответ NMDA рецепторов был в обратной пропорции от концентрации глицина. Есть версия, что нейротрофины могут действовать как глицин-подобные лиганды для NMDA рецепторов.
Довольно спорным оказалось воздействие BDNF на АМРА-рецепторы. На раннем этапе не проявлялось каких-либо трансформаций в синаптической передаче, а именно поддействием BDNF. Конечные работы представили нам следующие выводы: с одной стороны, нужно сказать, что подавление пропускной способности АМРА-рецепторов зависит от так называемой тирозин киназной активности, а это, в свою очередь, предполагает входTrkB FL. Но если посмотреть с противоположной стороны, то ряд работ доказывают то, что BDNF усиливает поверхностную экспрессию АМРА-рецепторов и непосредственную ими передачу.
Воздействие BDNF на передачу, которая опосредована GABA-рецепторами, неоднозначно. Даже если рассматривать до шестого дня постнатального формирования, до тех пор, пока GABA-рецепторы берут участие в процессах возбуждения и BDNF повышает постсинаптические GABA-опосредованные ответы с помощью активации TrkB FL и PLCy, это обязательно ведет к росту внутриклеточного Са. К четырнадцатому дню постнатального развития, в тот период, когда GABA принимают участие в торможении, применение BDNF снижает токи, которые обусловлены этими рецепторами, таким образом активируяте же пути передачи сигнала. В теории возможны два типа воздействия BDNF на GABA рецепторы:
Первый — это изменение проводимости ионного канала, которое сопровождается ростом внутриклеточного Са,
Второй – это очень быстрое подавление BDNF постсинаптического транспорта Сl- в GABA-енергических токах и, таким образом, снижение ингибиторного воздействия тормозных ПСП.
Определенное количество подтипов К-каналов подвергаются тирозиновому фосфорилированию в конечном результате воздействия BDNF. К примеру, Kv1.3, ионный канал принимает участие в создании потенциала покоя нейронов, а также в регуляции их возбудимости. Активация TrkB FL рецепторов, вызванная BDNF, усиливает тирозиновое фосфорилирование Кв1.3 примерно в течение пятнадцати минут. Этот процесс подавляет выводящие токи полностью всей клетки. BDNF в том числе влияет на активность G-белков, которые активируются внутренним К-регулирующим каналом (Kir3). Это представляется в долговременной депрессии токов этих каналов сразу послетирозинового фосфорилирования их под влиянием BDNF и деактивации Kir3.
В мозговых нейронах был выявлен и описан медленный катионный ток, который вызывается BDNF, основным элементом которого были катионы Na. Этот неспецифический ток блокировался К-252а, а это значит, что в его создание вовлечено TrkB. Ток в том числе блокировался ингибиторами IР3 и PLC -рецепторов, что в свою очередь значит участие PLC-каскада в его индуцировании. Проведенные эксперименты показали то, что BDNF опосредованный ток частично обусловлен TRPC3 каналами. Распределение этих каналов во времени и пространстве параллельно таковым TrkB.
Нейротрофины прямо объединяются с TRPC3- рецепторами с помощью TrkB-рецепторов с созданием медленного притока катионов в центральных нейронах.
Активация TrkB, вызываемая с помощью нейротрофинов, может открывать каналы ионов за миллисекунды – это можно сравнить с возбуждениемнейронов, индуцируемым стандартным возбудительным нейротрансмиттеромглутаматом. При данных обстоятельствах действие BDNF определяет его наиболее сильным нейротрансмиттером ЦНС. Похожие эффекты свойственны веществам, соединяющимися с рецепторами мембраны, которые тоже являются ионными каналами (NMDA, AMPA). Между тем, ни один нейротофиновый рецептор по сей день не определили, как классический ионотропный рецептор, который включает ионный канал. Однако ряд исследований показал, что BDNF дает скоростное открытие Na-специфических ионных каналов. Установленный эффект блокирует К252а, что направляет TrkB FL-рецепторы на участие в текущем процессе. Быстродействие эффекта ведет к мысли о том, что TrkB FL прямиком или же косвенно, при помощи адаптерной молекулы, кооперирует с Na-специфическими каналами и обусловливает их открытие, не используя дополнительные сигнальные пути.
Последующие исследования проявили, что в клетках нейробластомы — BDNF вызывает стремительный приток Na-ионов и объясняет экспрессию различных изоформ Na каналов в системе. Возбуждение, которое вызывает BDNF, блокируется из-за низкой концентрации сакситоксина STX (блокирует Na каналы), но требует и высокой концентрации тетродоттоксина TTX. Отсюда следует, что нечувствительный Nаv 1.9 канал выделяется в виде канала, который обусловливает ответ на BDNF. Этот канал относится к семейству потенциал-зависимых каналов и экспрессируется в мозге вездесущно. В периферических сенсорных нейронах Nаv 1.9 обусловливает неторопливый, крепкий, TTX-независимый, потенциал-зависимый Na ток. При отсутствии TrkB рецепторов Nav1.9 необходима экспрессия вспомогательных субъединиц илирегуляторных факторов, к примеру, легкой цепи аннексина II. Пребывание данного обстоятельства в сенсорных нейронах включает потенциал-зависимое открытие Nav 1.9 и делает канал самостоятельным от TrkB FL. В центральных нейронах недочет данного фактора отправляет Nav1.9 в зависимость от TrkB FL, впрочем, запал потенциала для активации канала с помощью рецептора необходим при любых обстоятельствах.
Итак, BDNF принимает прямое участие в формировании длительного потенцирования. Ряд исследований показал, что BDNF приумножает уровень постсинаптического возбуждения с помощью активации потенциал-зависимых Са каналов методом деполяризации мембраны. Вызываемый BDNF Na-й ток даёт монументальное средство для скоростной эволюции длительной потенциации при внедрении нейротрофина. Раскрывая основы BDNF-индуцируемого Na –ого тока, обнаруживаем молекулярную базу скоростного и крупного вклада системы BDNF-TrkB в развитие длительной потенциации.
BDNF вызывает стремительное возбуждение нейрона, с помощью системы TrkB-Nav 1.9, которая обусловливает существенное преумножение внутриклеточного Са вследствие открытия потенциал-зависимых кальциевых каналов (плазматическая мембрана). Стремительныйкальциевый сигнал приводит к активации СаМ киназных путей передачи сигнала, активизирует CREB и вызовет экспрессию генов (зависит он нового уровня активности) и нейрональную пластичность. Также кальциевый сигнал запускает активацию Ras-MAPK и Ras-PI3-киназного путей передачи сигнала.
Наконец, в ряде работ было продемонстрировано, что активация TrkB, в момент связывания с BDNF запускает серию сигнальных внутриклеточных каскадов, вследствие этого эффективно генерируются лиганд- и потенциал-зависимые, а также вызываемые (посредством вторичных переносчиков) ионные токи, за временные промежутки, измеряемые в секундах и минутах. Кроме того, активация TrkB прямо открывает Na каналы, в течение миллисекунд. Из этого следует, что BDNF является не только мощным нейромодулятором, но и субстанцией, которая оказывает скоростное возбуждающее воздействие на мозговые нейроны, что оказывает ощутимое влияние на нейрональную возбудимость, увеличение мембранного потенциала, синаптическую передачу, содействуя обнаружению синаптической и морфологической пластичности нейронов.
На заметку читателю: купить диплом или заказать его написание можно на сайте megauniver.ru. Все роботы выполняются в срок с гарантией качества.
Fm трансмиттер не видит флешку. Модулятор