За више информација:ali.ma@wecistanche.com

Кликните овде за први део

Молимо кликните овде до 3. дела

Цистанцхе цистанцхе прах има здравствене предности --неуропротективно дејство

4.3. Регулаторни механизми формирања дендрита арборисатина и кичме

Повезивање и реорганизација актина и микротубула су окосница дендритске арборизације, подржавајући експанзију плазма мембране. Актин се налази на ивицама дендрита и покреће истраживачку активност. Микротубуле формирају центар дендритске осовине и консолидују ову новоформирану осовину. Динамички процес екстензије, гранања, повлачења, као и оријентације грана, координишу бројни сигнални механизми. Ови механизми сигнализације су детаљно описали други аутори (видети рецензије из [1–3]) и биће сумирани овде и у табели 1.

Полимеризација актинског мономера омогућава формирање актинских филамената, стабилизованих микротубулама, који подржавају експанзију аксонских и дендритичних грана од почетних актинских закрпа (прегледано од стране [1]). Саме интеракције актина и микротубула су стабилизоване протеинима унакрсног повезивања као што је фактор умрежавања микротубула-актин (МАЦФ1; [94]). Док инвазија микротубула на филиподију подржава формирање грана, демонтажа микротубула, регулисана убиквитин-протеинском лигазом 3а (Убе3а, која се такође назива Е6АП убиквитин-протеинска лигаза), подједнако доприноси повлачењу дендритских грана [95]. Динамичко проширење и реорганизација дендритских грана је процес који у великој мери зависи од активности; стога, ово може бити инхибирано процесима који утичу на производњу АТП-а. Као један пример, поремећај фисије зависне од Дрп-а ће инхибирати производњу митохондрија довољно малих да се преселе у дендритске гране и утврђено је да доводи до значајног отказа примарног гранања унутар Пуркиње ћелија миша унутар малог мозга (ин виво и ин витро ) [96]. Промене у транспортним системима микротубула такође могу утицати на гранање променом капацитета за нормалну организацију актина и микротубула (нпр. [97]). С тим у вези, постоји значајна зависност од транслације протеина; стога, промене у транспорту мРНА и локалној транслацији протеина такође утичунеуронскеарборизација (прегледао [98]). Треба напоменути да је ген фрагилне Кс менталне ретардације 1 (Фмр1, ген примарно поремећен у фрагилном Кс синдрому) важан регулатор локалног превођења мРНК у дендритима (прегледано од стране [99]).

Табела 1. Екстринзички регулатори дендритске арборизације и развоја кичме.

Скраћенице: Слит1—Слит водећи лиганд 1, Епах7—ефрин рецептор А7, Сема3А—семафорин 3А, НГФ—фактор раста нерава, БДНФ—неуротрофични фактор изведен из мозга, НТ—неуротрофин, ИГФ1—фактор раста сличан инсулину 1,хепа ХГФ1— фактор раста 1, Рац—Рац фамилија 1 мала ГТПаза 1, Цдц42—циклус ћелијске деобе 42, ТрК—рецептор тирозин киназе, ЦРЕСТ—трансактиватор који реагује на калцијум, ЦаМКИВ—протеин киназа зависна од калмодулина ИВ, ЦРЕБ—везивање елемената за цАМП беланчевина.

Екстринзични регулатори арборизације укључивали су контакт зависну сигнализацију (од ћелије до ћелије или са екстрацелуларним матриксом), излучене хемоатрактантне или хеморепелентне молекуле и факторе раста. Међутим, протокадхерини су велика породица молекула, који су укључени у регулацију дендритске арборизације која зависи од контакта (и проширења аксона). Конкретно је утврђено да групирани протокадхерини регулишу арборизацију путем сигнализације преко Рхо ГТПазе (прегледано од стране [100]). Условни нокаут и-протокадхерина у мозгу миша доводи до поремећене дендритске комплексности, иако је ефекат тога првенствено релативно касно у развоју коре, од П18 до П28 [67]. Овај релативно одложени ефекат зависан од старости је посебно интересантан јер се показало да протокадхерини регулишу самоизбегавање дендрита у арборима, што је феномен који је јасно оцртан П12 [69]. Други протеини који регулишу контакте између ћелије и који утичу на дендритичну арборизацију укључују дистрогликан, контактин 4 (ЦНТН4) и интеракције неурексина (НРКСН)–неуролигин (НРЛГ). Показало се да дистрогликан, протеин екстрацелуларног матрикса, стимулише раст дендритских арбура у хипокампалу мишанеуронаин витро на начин који зависи од протеина 42 (Цдц42) ГТПазе за контролу деобе ћелија [70]. Такође се показало да ЦНТН4, протеин повезан са шизофренијом и за који се најчешће налази да мења синаптичку функцију, регулише арборизацију хипокампуса.неуронакод миша [101]. Међутим, у овом случају, ефекат је био релативно мали, вероватно одражавајући примарну улогу ЦНТН4 у организацији синапсе и, према томе, касну фазу у којој делује у развоју. Неурексин и неуролигин су адхезиони протеини, који су такође првенствено повезани са синаптичким формирањем због њиховог присуства на терминалима аксона и дендритским бодљама. У мозгу миша је показано да су интеракције између ових молекула важне за почетну пролазну стабилизацију синапси које захтевају активност да би се трајно стабилизовале [102]. Блокирање ових интеракција доводи до смањеног раста дендритског арбора, као и мањег формирања синапси [102].

Секретирани хемоатрактанти који регулишу дендритску арборизацију укључују семафорин 3А (Сема3А), лиганд за вођење 1 (Слит1) и рецептор ефрина А7 (ЕпхА7). Сема3А, који је хеморепелент за аксоне, делује као хемоатрактант за дендрите, подржавајући раст и оријентацију примарног апикалног дендрита [74] и неопходан је за секундарно и терцијарно гранање [75]. Слит1 је још један фактор који се излучује, у овом случају ради преко Робо рецептора који стимулише раст и гранање дендрита [71]. Занимљиво је да се чини да је ЕпхА7 још један регулаторни молекул који има различите ефекте током развоја, пошто ЕпхА7 сигнализација ограничава дендритски раст и рано формирање кичме током раног развоја (пре П10 код миша), али промовише формирање дендритичне кичме у каснијим фазама развоја [54].

Фамилија неуротрофних фактора, укључујући фактор раста нерава (НГФ), неуротропни фактор из мозга (БДНФ) и неуротрофин-3 и -4 (НТ-3, НТ-4 ), који имају вишеструке улоге у регулисању развоја и функције мозга, такође је идентификован као доприноснеуронскеарборизација и формирање синапси. Функције БДНФ-а у овом контексту су најшире истражене и утврђено је да промовишу дендритичну арборизацију, првенствено путем активације рецептора киназе тропомиозин рецептора (Трк) Б (ТркБ, детаљно прегледао [56]). НТ-3, који делује преко ТркЦ рецептора, такође је утврђено да подстиче раст арбор [81]. Зрели БДНФ и НТ-3 имају експресију специфичну за развој и чини се да првенствено доприносе каснијим фазама дендритске експанзије. У елегантној студији, Јоо ет ал. (2014) су показали да опадајућа НТ-3 сигнализација, изведена из предсинаптичкихнеуронана начин зависан од активности, смањено издужење дендрита од Пуркињеових неурона до пијалне површине мишјег мозга између П7 и П14 (што доводи до поремећаја који се наставља дугорочно) [81]. Међутим, други истраживачи су показали капацитет за инхибицију НТ-3 од Е21 до П7 код миша што доводи до кортикалних неурона са смањеним апикалним дендритима на П7 [56], што сугерише да ефекти специфични за узраст могу бити различити у зависности од регион мозга или НТ-3 извор. Акције БДНФ-а на развој дендрита теже је сумирати и могу бити и конститутивне и зависне од активности [79]. Вероватно је да плеиотропан молекул као што је БДНФ има значајну компартментализацију својих сигналних и сигналних путева. У прилог овој идеји, недавно је показано, користећи одвојене културе примарних неурона глодара, да је БДНФ из постсинаптичких циљева у стању да се веже за ТркБ рецепторе на аксонима и симулира дендритску арборизацију путем различитог и сложеног интрацелуларног сигналног пута [78]. ]. Фактор раста хепатоцита (ХГФ) такође делује преко свог рецептора тирозин киназе (Мет у овом случају), важан је у стимулисању многих развојних догађаја и утврђено је да промовише дендритски раст и гранање [78,84]. Фактор раста хепатоцита (ХГФ) такође делује преко свог рецептора тирозин киназе (Мет у овом случају), важан је за стимулисање многих развојних догађаја и утврђено је да подстиче раст и гранање дендрита [84]. Ово је од посебног интереса, јер је откривено да је ХГФ, као и код многих других фактора раста, смањен код пацијената са АСД [86]. Слично томе, неурегулини, чланови породице епидермалног фактора раста (ЕГФ), повезани су са измењеном синаптичком функцијом код неуролошких болести [86]. Као један пример, показало се да везивање неурегулина 1 за ЕГФ рецептор ЕрбБ4 мења разраду дендрита и формирање синапси у глутаматергичном и неким ГАБАергијским примарним хипокампалиманеурона[103].

Иако низводни сигнални путеви нису успостављени за све екстринзичне регулаторе арборизације, јасно је да постоји неколико заједничких путева који међусобно делују и који на крају регулишу организацију актина и микротубула. БДНФ је, на пример, добро утврђен да мења дендритичку арборизацију преко ПИ3К/Акт, цАМП протеина који везује одговор (ЦРЕБ) и других гена раног одговора као што су Арц и Рхо-ГТПазе (прегледано у [79]). Рас- и Рхо-ГТПазе, заједно са многим протеин киназама, на пример, гликоген синтаза киназа- 3 (ГСК-3) и ПИ3К и ЦРЕБ/ЦРЕБ-везујући протеин (ЦБП) могу се сматрати главним регулаторима дендритичних арборизација (прегледано у [2]). Ови молекули имају бројне интеракције и могу директно или индиректно утицати на преуређење цитоскелета. На пример, активни ГСК-3 фосфорилише МАЦФ1 мењајући његове интеракције са микротубулама и ф-актином у водећим ивицама проширених неурита [94]. Експерименти с нокаутом на мишу сугеришу да је МАЦФ1 важан током целог процеса развоја, са нокаутом који доводи до повећаног броја примарних дендрита, али смањене дендритске дужине и абнормалне дендритске оријентације када се модификује у различитим фазама развоја ин витро, као и ин виво [ 94]. Алтернативни метод модификације ових путева, а самим тим и дендритске арборизације, је преко регулатора транскрипције и протеина који ремоделирају хроматин. АРД1Б је пример молекула регулације хроматина који утиче на производњу цфос и Арц (преко фосфорилације ЦРЕБ), и многих низводних путева који доприносе дендритском гранању [55]. Ефекти промене везивања АРД1Б у мозгу миша (смањен број и дужина апикалних и базалних дендрита, значајан поремећај пијалног контакта, смањен број и повећана незрелост дендритских бодљи) су сложени, одражавајући комбиновано деловање ових путева [55].

Док су многи од горе описаних механизама независни од активности, велики део динамичке фазе дендритске реорганизације зависи од активности. Сигнализација након ослобађања и везивања неуротрансмитера је од суштинског значаја за стабилизацију раста дендрита и формирања кичме и синапсе, при чему су многи сигнални молекули и низводни путеви описани изнад важни за реорганизацију цитоскелета (прегледано у [2]). Син ет ал. (2002) су показали у оптичком тектуму пуноглаваца Ксенопус да је светлосна стимулација повећала дендритску арборизацију механизмом који је укључивао сигнализацију глутаматног рецептора, што је резултирало смањеном активношћу РхоА и повећаном сигнализацијом Рац и Цдц42 [89]. Занимљиво је да је накнадна студија на мишу, коришћењем тамног узгоја за истраживање ефеката зависних од активности на дендритску арборизацију, показала сличне промене, али знатно смањене величине [89,104]. Ово сугерише да би могле постојати разлике у врстама или регионима мозга у доприносу контроле или арборизације зависне од активности. Поремећај у процесу неуротрансмитерске сигнализације је, дакле, очигледно допринос неуролошком поремећају. Трансфекција АСД-специфичне мутације ГРИН2 (кодирајуће подјединицу ГлуН2Б НМДА рецептора) у субпопулацију узгајанихнеуронау присуству дивљег типа ГлуН2Б показује да чак и мале промене у присуству кључних гена/протеина могу утицати на дендритску арборизацију [104]. У овом примеру, није било значајне промене у примарним неуронима, али је дошло до значајног смањења гранања и смањења дужине грана на свим нивоима дендритског стабла [104].

До данас, истраживања о учешћу глија у успешном ожичењу мозга фокусирала су се на ефекте астроцита и микроглије на нивоу синапсе, посебно регулишући број и структуру дендритичних кичме и формирање синапси, пластичност и функцију. Постоје значајни докази да астроцити утичу на формирање синапси кроз мешавину механизама зависних од контакта и секретираних фактора, укључујући тромбоспондин, холестерол и АпоЕ, хевин, трансформишући фактор раста (ТФГ)- и хондроитин сулфат протеогликан (прегледао [105,106]). астроцит-неуронскеконтакт, регулисан и-протокадхерином, изгледа да је важан за олакшавање раних фаза формирања синапсе [68]. Чини се да је излучени БДНФ главни покретач формирања дендритичне кичме под утицајем микроглија, а постоје и значајни докази микроглијалне фагоцитозе пре- и пост-синаптичких елемената као део нормалног орезивања вишка синаптичких веза, посебно оних са ниском активношћу ( прегледао [107]). Фагоцитозу регулишу класични имунолошки сигнални системи, као што су хемокини (посебно Цк3цр1) и комплемент (укључујући Ц3 и Ц1к; [107–110]). Важно је да, иако изван оквира овог прегледа, постоје и значајни подаци који подржавају улогу микроглије и астроцита у регулацији синаптичке пластичности у мозгу одрасле особе (прегледано од стране [106,107]). Доступни су ограничени подаци о томе да ли ове глијалне ћелије доприносе ранијим фазама развоја неурона, као што је дендритска арборизација, иако Ианг ет ал. (2012) [82] су показали дендритичну арборизацију зависну од астроцита у мозгу миша. Занимљиво је да је ова студија сугерисала да је астроцитни нокаут Фмр1 био довољан да изазове смањену дендритичну арборизацију, као резултат прекомерне производње НТ-3 [82]. Недавни подаци такође сугеришу да астроцити могу регулисатинеуронскеарборизација преко домена понављања рецептора липопротеина класе А протеина 4 повезаног са рецептором липопротеина ниске густине (ЛРП4, [111]).

5. Потенцијални заштитни регулаторни механизми и фармакотерапије

5.1. Генетски фактори ризика који мењају неуронску арборизацију и повезују се са неуроразвојним поремећајима

Висока учесталост абнормалности дендрита и кичме код неуроразвојних поремећаја је последица мешавине генетске подложности и измењеног окружења током развоја (што вероватно одражава специфичну повреду у неким случајевима). Многи генетски фактори ризика повезани са неуроразвојним поремећајима (и неуродегенерацијом) су у интеракцији са горе наведеним молекуларним регулаторима дендритског развоја и сажети су у табели 2. Најјаснија повезаност између генетике и неуроразвојних поремећаја јавља се са брисањем/дупликацијом хромозома (нпр. метил ЦпГ везујући протеин 2, МеЦП2, 22к13 итд.); међутим, пошто је толико много гена погођено, неуробиологију може бити тешко одабрати (прегледано у [112]). МеЦП2 је регулатор транскрипције који има значајне ефекте на развој мозга. Ефекти овог гена су зависни од дозе и пола: Реттов синдром се јавља код жена са смањењем МеЦП2 [112–114], а дуплирање гена доводи до повећаног ризика од АСД и интелектуалне инвалидности, првенствено код мушкараца (прегледано у [113]). У погледу арборизације, недостатак МеЦП2 доводи до смањених дендритских грана, густине кичме и абнормалне морфологије кичме [113]. Занимљиво је да се показало да проинфламаторни цитокин интерлеукин-1 ступа у интеракцију са МеЦП2 и утиче на његово функционисање (прегледано од стране [115]), могући механизам помоћу којег генетски фактори и фактори животне средине могу да утичу на повећање ризика од неуроразвојног поремећаја .