 |
юБРНюБРНЛЮРХГЮЖХЪюПУХРЕЙРСПЮюЯРПНМНЛХЪюСДХРаХНКНЦХЪаСУЦЮКРЕПХЪбНЕММНЕ ДЕКНцЕМЕРХЙЮцЕНЦПЮТХЪцЕНКНЦХЪцНЯСДЮПЯРБНдНЛдПСЦНЕфСПМЮКХЯРХЙЮ Х ялххГНАПЕРЮРЕКЭЯРБНхМНЯРПЮММШЕ ЪГШЙХхМТНПЛЮРХЙЮхЯЙСЯЯРБНхЯРНПХЪйНЛОЭЧРЕПШйСКХМЮПХЪйСКЭРСПЮкЕЙЯХЙНКНЦХЪкХРЕПЮРСПЮкНЦХЙЮлЮПЙЕРХМЦлЮРЕЛЮРХЙЮлЮЬХМНЯРПНЕМХЕлЕДХЖХМЮлЕМЕДФЛЕМРлЕРЮККШ Х яБЮПЙЮлЕУЮМХЙЮлСГШЙЮмЮЯЕКЕМХЕнАПЮГНБЮМХЕнУПЮМЮ АЕГНОЮЯМНЯРХ ФХГМХнУПЮМЮ рПСДЮоЕДЮЦНЦХЙЮоНКХРХЙЮоПЮБНоПХАНПНЯРПНЕМХЕоПНЦПЮЛЛХПНБЮМХЕоПНХГБНДЯРБНоПНЛШЬКЕММНЯРЭоЯХУНКНЦХЪпЮДХНпЕЦХКХЪяБЪГЭяНЖХНКНЦХЪяОНПРяРЮМДЮПРХГЮЖХЪяРПНХРЕКЭЯРБНрЕУМНКНЦХХрНПЦНБКЪрСПХГЛтХГХЙЮтХГХНКНЦХЪтХКНЯНТХЪтХМЮМЯШуХЛХЪуНГЪИЯРБНжЕММННАПЮГНБЮМХЕвЕПВЕМХЕщЙНКНЦХЪщЙНМНЛЕРПХЙЮщЙНМНЛХЙЮщКЕЙРПНМХЙЮчПХЯОСМДЕМЙЖХЪ
синтез нейропептидов
Регуляция запасов пептидных медиаторов затруднена в связи с разделением мест их синтеза и высвобождения. Пептиды синтезируются на рибосомах, которые расположены в телах нервных клеток, а не в аксонах или нервных терминалях. Такая организация имеет два последствия: во-первых, скорость синтеза пептидов регулируется в телах клеток, после чего пептиды должны быть перенесены в терминаль аксонным транспортом (о котором уже кратко говорилось). Это процесс медленный по сравнению с быстрым местным контро-
лем синтеза и хранения низкомолекулярных медиаторов внутри аксонных окончаний. Во--вторых, количество пептида, доступное для высвобождения, ограничено его количеством, имеющимся в терминали. Однако связывание пептидов с рецепторами происходит при значительно более низких концентрациях (в пределах 10--10—10--8 М), чем связывание низкомолекулярных медиаторов, таких как ацетилхолин, с их рецепторами (10--7-10--4М). Механизмы, удаляющие пептидные медиаторы из синаптической щели, также в основном медленные. Более того, рецепторы нейропептидов, как и другие метаботропные рецепторы, действуют через внутриклеточные пути, обеспечивающие огромное усиление сигнала (глава 10). Вследствие этого для оказания воздействия на постсинаптическую мишень нужно небольшое число молекул пептида, так что потребность в необходимом для высвобождения количестве нейропептида может быть обеспечена транспортом молекул из тела клетки.
274 Раздел II. Передача информации в нервной системе
| Рис. 13.11. Синтез ней ропептидов. (А) Структура про-опиомеланокортина быка. Положения известных компонентов пептида изображены окрашенными прямоугольниками. Обозначены пары основных аминокислотных остатков, которые являются мишенями для ферментов. (В) Преобразование нейропептидных предшественников обычно начинается с отщепления карбокситерминальной части молекулы по положению, которое распознается эндопротеазой. Основные положения отделяются карбоксипептидазой Е. Если пептид заканчивается глицином, фермент пептидил-глицин--a-амидирующая монооксигеназа (РАМ) преобразует конечную карбоксигруплу в амидную. (С) Предшественники нейропептидов направляются в полость эндоплазматического ретикулума посредством сигнальной последовательности. В эндоплазматическом ретикулуме происходит образование дисульфидных связей и N-связанное гликозилирование. Затем нейропептид транспортируется через аппарат Гольджи, где происходят его дальнейшие модификации, такие как сульфатирование и фосфорилирование Показаны две схемы упаковки. Слева пролептид упаковывается в пузырьки, отпочковывающиеся от аппарата Гольджи; | 
по мере созревания везикул пролелтид расщепляется, образуя два пептида (А и В), упакованные в одной везикуле. Справа пролелтид расщепляется внутри аппарата Гольджи с последующей сортировкой пептидов в разные пузырьки.
Fig. 13.11. Synthesis of Neuropeptides. (A) Structure of bovine pro-opiomelanocortin. The locations of known peptide components are shown by colored boxes. Paired basic amino acid residues — common targets for processing enzymes — are indicated. (B) Processing of neuropeptide precursors usually begins with cleavage on the carboxy-terminal side of the recognition site by an endoprotease. The basic residues are trimmed by carboxypeptidase E. If the peptide ends in glycine, the enzyme peptidyl glycine a-amidating monooxygenase (РАМ) converts the carboxy terminus to an amide. (C) Neuropeptide precursors are directed into the lumen of the endoplasmic reticulum by a signal sequence. In the endoplasmic reticulum, disulfide bonds are formed and N-linked glycosylation occurs. The propeptide is then transported through the Golgi apparatus, where further modifications, such as sulfation and phosphorylation, take place. Two packaging schemes are illustrated. On the left a propeptide is packaged into vesicles budding from the Golgi; as the vesicle matures, the propeptide is cleaved, resulting in two peptides (A and B) packaged in the same vesicle. On the right a propeptide is cleaved within the Golgi, followed by sorting of peptides into separate vesicles. (After Sossin, Fisher, and Scheller, 1989.)
|
Глава 13. Клеточная и молекулярная биохимия синаптической передачи 275
Пептиды синтезируются в виде более крупных белков-предшественников, которые часто содержат последовательности нескольких биологически активных пептидов45· 46) (табл. 13.1, рис. 13.11). Первыми этапами синтеза предшественника нейропептида являются стадии, типичные для синтеза секретируемых белков: синтез в эндоплазматическом ретикулуме, отщепление сигнального пептида, процессинг в аппарате Гольджи и включение в крупные (100-200 нм) электронно--плотные пузырьки. Более поздние этапы одинаковы для нейронов и эндокринных клеток. Эти шаги катализируются специфическими эндопротеазами, которые расщепляют белок-предшественник на соответствующие пептидные молекулы, экзопептидазами, устраняющими С-терминальные основные группы, и амидирующим бифункциональным ферментом, который превращает глициновый остаток в соответствующую амидную группу пептида (рис. 13.11В). Протеолитический процесс начинается в аппарате Гольджи и продолжается внутри крупных плотных везикул, в то время когда они транспортируются вниз по аксону и находятся в терминали. Некоторые клетки синтезируют более одного медиаторного пептида; эти пептиды могут быть различным образом рассортированы в пузырьки и направлены в разные терминали47).
§ 3. Хранение медиаторов в синаптических пузырьках
Низкомолекулярные медиаторы, такие как АХ и НА синтезируются и упаковываются в пузырьки в аксонной терминали. На электронных микрофотографиях такие синаптические пузырьки выглядят мелкими (50 нм в диаметре) и могут быть прозрачными (т. е. АХ, аминокислотные медиаторы) или иметь электронноплотную сердцевину (т. е. биогенные амины). Концентрация низкомолекулярных медиаторов в пузырьках составляет 0,5 М, что значительно выше, чем в окружающей цитоплазме.
Накопление медиаторов в синаптических пузырьках осуществляется специфическими транспортными белками (рис. 13.12; см. также глава 4). Было установлено четыре везикулярных транспортера: транспортер всех биогенных моноаминов (названный VMAT), транспортер ГАМК и глицина, транспортер ацетилхолина (названный VAChT) и транспортер глутамата48)--50). Каждый из транспортеров является интегральным мембранным белком, имеющим 12 трансмембранных доменов. Мембраны синаптических везикул содержат также Независимую АТФазу, которая перекачивает протоны внутрь пузырьков, создавая там положительный заряд и более кислую среду по сравнению с цитоплазмой51). Для того чтобы перемещать молекулы медиатора внутрь пузырьков против градиента концентрации, везикулярные транспортеры медиаторов используют энергию электрохимического и рН градиентов. Из-за малого размера синаптические пузырьки, вероятно, содержат только одну копию протонной помпы, которая представляет собой большой комплекс, состоящий, по крайней мере, из 12 субъединиц.
Везикулярные транспортеры медиаторов не обладают такой же специфичностью, как постсинаптические рецепторы. Вследствие этого молекулы, которые не способны активировать постсинаптические рецепторы, иногда накапливаются в синаптических пузырьках и выбрасываются из аксонных терминалей в качестве псевдомедиаторов52· 53).
Первыми были выделены и проанализированы биохимически пузырьки из надпочечника. Эти крупные пузырьки (200—400 нм в диаметре) называются хромаффинными гранулами, так как они окрашиваются солями хрома. Хромаффинные гранулы помимо катехоламинов содержат высокие концентрации АТФ, фермента дофамин-b-гидроксилазы и растворимых белков, называемых хромогранинами. Образование мультимолекулярных комплексов между положительно заряженными катехоламинами, отрицательно заряженным АТФ и хромогранинами, по-видимому, способствует упаковке и хранению катехоламинов в таких концентрациях, которые в иных условиях могли бы быть гиперосмотическими54). Кроме того, высвобождение катехоламинов сопровождается выбросом АТФ, который оказывает свои собственные эффекты, и таким образом действует как котрансмитгер55· 56). Было показано также, что один из белков, хромогранин А, служит предшественником ряда пептидов, которые модулируют секрецию56).
Были выделены синаптические пузырьки из периферических холинергических и норадренергических терминалей и из центральной нервной системы. В норадренергических нервных окончаниях имеются крупные
276 Раздел П. Передача информации в нервной системе
| Рис. 13.12. Транспорт медиаторов в синаптические пузырьки управляется протонным электрохимическим градиентом. АТФ-зависимая помпа транспортирует протоны в синаптические пузырьки, создавая внутри везикул кислую и положительно заряженную относительно цитоплазмы среду. Нейромедиаторы переносятся в пузырьки специфическими транспортерами, энергетически сопряженными с протонным электрохимическим градиентом. Fig. 13.12. Transport of Transmitters into Synaptic Vesicles Is Driven by a Proton Electrochemical Gradient. An ATP-powered pump transports protons into synaptic vesicles, | 
making the vesicle interior acidic and positive relative to the cytoplasm. Neurotransmitters are carried into the vesicles by specific transporters, energetically coupled to the proton electrochemical gradient.
|
плотные пузырьки (70—200 нм в диаметре), которые похожи на хромаффинные гранулы. Эти пузырьки содержат хромогранины, растворимую форму дофамин-b-гидроксилазы и пептидные Нейромедиаторы. В катехоламин-содержащих нервных терминалях, так же как и в холинергических нервных окончаниях, находится большое число мелких синаптических пузырьков, в которых содержится незначительное количество растворимого белка. Синаптические пузырьки, содержащие ацетилхолин и большинство биогенных аминов, также содержат высокие концентрации АТФ57·58). В везикулах, содержащих серотонин, находится мало АТФ, но имеется большое количество белка, с высокой аффинностью связывающего 5-НТ59). Несмотря на то, что захват АТФ в катехоламин- и АХ-содержашие пузырьки был охарактеризован54· 60), транспортер АТФ еще не идентифицирован. Некоторые нейроны спинного мозга высвобождают и ГАМК, и глицин15). Тот факт, что эти два медиатора имеют один и тот же везикулярный транспортер61· 62), дают основания полагать, что ГАМК и глицин упаковываются вместе в одни и те же пузырьки.
§ 4. Аксонный транспорт
Белки, которые обнаруживают в аксонных окончаниях, должны доставляться туда из тела клетки, где они синтезируются. Первые доказательства передвижения вещества вдоль аксонов были получены в экспериментах Вейсса с коллегами. Они пережимали периферические нервы с помощью лигатуры и наблюдали разбухание аксонов выше места пережатия. После устранения лигатуры происходило перемещение накопившегося вещества вдоль аксона63). Эти эксперименты свидетельствуют, что в нормальных условиях существует постоянное объемное перемещение аксоплазмы вдоль аксона со скоростью 1-2 мм в день, которое получило название «аксоплазматического тока». Эта идея была подтверждена позднее в экспериментах с использованием радиоактивно меченых аминокислот, которые перемещались в составе белков от тел нервных клеток по периферическим и центральным аксонам64). Такое передвижение наблюдалось даже в одиночных аксонах в клеточной культуре (рис. 13.13)65).
оНХЯЙ ОН ЯЮИРС: