 |
юБРНюБРНЛЮРХГЮЖХЪюПУХРЕЙРСПЮюЯРПНМНЛХЪюСДХРаХНКНЦХЪаСУЦЮКРЕПХЪбНЕММНЕ ДЕКНцЕМЕРХЙЮцЕНЦПЮТХЪцЕНКНЦХЪцНЯСДЮПЯРБНдНЛдПСЦНЕфСПМЮКХЯРХЙЮ Х ялххГНАПЕРЮРЕКЭЯРБНхМНЯРПЮММШЕ ЪГШЙХхМТНПЛЮРХЙЮхЯЙСЯЯРБНхЯРНПХЪйНЛОЭЧРЕПШйСКХМЮПХЪйСКЭРСПЮкЕЙЯХЙНКНЦХЪкХРЕПЮРСПЮкНЦХЙЮлЮПЙЕРХМЦлЮРЕЛЮРХЙЮлЮЬХМНЯРПНЕМХЕлЕДХЖХМЮлЕМЕДФЛЕМРлЕРЮККШ Х яБЮПЙЮлЕУЮМХЙЮлСГШЙЮмЮЯЕКЕМХЕнАПЮГНБЮМХЕнУПЮМЮ АЕГНОЮЯМНЯРХ ФХГМХнУПЮМЮ рПСДЮоЕДЮЦНЦХЙЮоНКХРХЙЮоПЮБНоПХАНПНЯРПНЕМХЕоПНЦПЮЛЛХПНБЮМХЕоПНХГБНДЯРБНоПНЛШЬКЕММНЯРЭоЯХУНКНЦХЪпЮДХНпЕЦХКХЪяБЪГЭяНЖХНКНЦХЪяОНПРяРЮМДЮПРХГЮЖХЪяРПНХРЕКЭЯРБНрЕУМНКНЦХХрНПЦНБКЪрСПХГЛтХГХЙЮтХГХНКНЦХЪтХКНЯНТХЪтХМЮМЯШуХЛХЪуНГЪИЯРБНжЕММННАПЮГНБЮМХЕвЕПВЕМХЕщЙНКНЦХЪщЙНМНЛЕРПХЙЮщЙНМНЛХЙЮщКЕЙРПНМХЙЮчПХЯОСМДЕМЙЖХЪ
рецепторы к нейротрофинам
|
вХРЮИРЕ РЮЙФЕ: |
Нейротрофины взаимодействуют с двумя типами рецепторов на поверхности нейронов--мишеней (см. рис. 23.34)182, 183). Все нейротрофины связываются с относительно одинаковой и низкой активностью (Кd = 10--9 М) с мембранным рецептором, который был первоначально описан как низкоаффинный быстрый рецептор ФРН, или p75NGFR; более правильно называть этот рецептор низкоаффинным рецептором к нейротрофинам, или p75LNTR этот рецептор экспрессируется как в нейрональных, так и в ненейрональных клетках. Также существуют высокоаффинные (Кd = 10-11 М) рецепторы к нейротрофинам. Результаты биологических проб показывают, что эффекты нейротрофинов на выживание клеток и на рост отростков нервов обусловливаются высокоаффинными рецепторами.
Хотя высокоаффинные рецепторы к ФРН обычно расположены только на нейронах, они были первоначально обнаружены в клетках карциномы толстой кишки человека, как часть продукта синтеза онкогена trk (онкогенами называют гены, которые управляют трансформацией клеток). Аналог онкогена trk, находящийся в нормальных клетках, кодирует белок с массой около 140 кДа, называемый pl40prototrk или просто Trk. Структура белка Trk, предсказанная на основе его аминокислотной последовательности, состоит из внеклеточного домена, содержащего сайт
564 Раздел IV. Развитие нервной системы
Рис. 23.34. (См. цветную вклейку после с. 640[Ю8].) Высоко- и низкоаффинные рецепторы нейротрофинов Димер нейротрофина связывается с двумя высокоаффиными Trk рецепторами при помощи консервативных областей нейротрофинов, которые взаимодействуют со всеми типами Trk рецепторов и уникальными регионами, специфичными для определенного Trk рецептора. Регионы, которые сохраняются у всех нейротрофинов, участвуют в связывании димера нейротрофина с двумя низкоаффинными p75NGFR молекулам.
Fig. 23.34. High- and Low-Affinity Neorotrophin Receptors. The neurotrophin dimer (NGF is shown) binds to two high-affinity Trk receptors through conserved regions of the neurotrophins that interact with all Trk receptors and unique regions specific for a particular Trk receptor. Regions that are conserved in all neurotrophins mediate binding of the neurotrophin dimer to two low-affinity p75NGFR molecules. (After Wiesmann et al., 1999.)
связывания нейротрофина, короткий трансмембранный сегмент, а также внутриклеточный домен, кодирующий тирозинкиназу (рис. 23.34). Существуют по крайней мере три члена семейства про-онкогенов trk, каждый из которых является высокоаффинным рецептором для одного или нескольких нейротрофинов: TrkA — рецептор к ФРН и NT-6; TrkB, по видимому, является рецептором к МНФ и NT-4/5, a TrkC является рецептором к NT-3 (см. табл. 23.2).
Связывание нейротрофинов с высокоактивными рецепторами приводит в первую очередь к увеличению фосфорилирования тирозина рецепторами. Это происходит вследствие аутофосфорилирования; вызванное лигандом образование рецепторного димера способствует приближению друг к другу внутриклеточных доменов тирозинкиназы каждого рецептора таким образом, что они фосфорилируют друг друга. Фосфорилирование рецептора Trk активирует четыре внутриклеточных сигнальных пути: фосфорилирование тирозина белка, названного SNT (suc -associated neurotrophic factor-induced tyrosine-phosphorylated target, связанная с suc и тирозин-фосфорилируемая в ответ на нейтрофические факторы мишень), фосфолипазу С, фосфоинозитол-3-киназу и каскад Ras-MAP киназы (рис. 23.35) 184).
Таблица 23.2. Нейротрофины и рецепторы нейротрофинов.
Table 23.2. Neurotrophins and neurotrophin receptors.
| Neurotrophin | High-affinity receptor | Low-affinity receptor |
| 
| 
|
| a Originally termed p75NGFR. | ||
| b NT-3 also binds TrkB and TrkA, bui wilh lower affinity. |
Функция низкоаффинного рецептора, который не имеет внутриклеточных доменов, неизвестна. В некоторых клетках он может взаимодействовать с высокоаффинным рецептором во время связывания нейротрофинов. В других клетках, особенно в тех, в которых нет высокоаффинных рецепторов, он может управлять гибелью клеток 185) или обеспечивать механизм ограниченной диффузии для установления высокой локальной концентрации нейтротрофинов, что необходимо для регенерации периферического нерва (глава 24).
§9. Конкурентные взаимодействия во время развития
После того как аксон достигает своих мишеней и образует синаптические связи, два процесса управляют паттерном иннервации. Одним является период гибели клеток, когда большое количество нейронов, которые установили синаптические связи, погибает. Вторым является уменьшение количества аксонов и синапсов, что сопровождается реорганизацией оставшихся связей, формирующих взрослый паттерн иннервации. Каждый из этих процессов регулируется конкуренцией за ограниченное количество факторов роста.
гибель нейронов
Удивительной особенностью развития нервной системы является то, что многим ее нейронам суждено погибнуть во время развития. У беспозвоночных интенсивная гибель нейронов сопровождается стремительными изменениями, происходящими во время метаморфоза, и регулируется гормонами186). Однако в развивающейся ЦНС как позвоночных, так и беспозвоночных гибель клеток происходит также и в отсутствие значительных морфологических изменений187).
Эксперименты, выполненные Гамбургером и Леви-Монтальчини, впервые выявили
Глава 23. Развитие нервной системы 565
|
| Рис. 23.35. Связывание димера фактора роста нервов с двумя TrkA рецепторами приводит к тому, что домен внутриклеточного белка тирозинкиназы каждого из TrkA рецепторов фосфорилирует остатки тирозина другого TrkA рецептора. Это запускает четыре внутриклеточных сигнальных каскада, которые приводят к росту и дифференцировке. Активация фосфоинозитол-3-киназы (PI 3-kinase) способствует удлинению отростков и их выживанию. Фосфорилирование тирозина SNT приводит к дифференцировке. Активация фосфолипазы C-γ (PLC-τ) стимулирует MAP киназы, которые индуцируют экспрессию генов, дифференцировку и рост как непосредственно, так и через фосфорилирование RSK. MAP киназа также активируется через сигнальный каскад, который включает связывание белков SHC, Grb-2, SOS и Ras, а также киназ Raf и МЕК. — S— Р04 — фосфорилирование серина; — Т — Р04 — фосфорилирование треонина; — Y — Р04 — фосфорилирование тирозина. Fig. 23.35. Binding of the Nerve Growth (actor Dimer to two TrkA receptors brings each TrkA receptor's intracel-lular protein tyrosine kinase domain into position to phosphorylate tyrosine residues on the other TrkA receptor. This triggers four intracellular signaling cascades, which lead to growth and differentiation. Activation of phos-phatidylinositol 3-kinase (PI 3-kinase) promotes survival and neurite elongation. Tyrosine phosphorylation of SNT promotes differentiation. Activation of phospholipase C-g (PLC-g) stimulates MAP kinase, which induces gene expression, differentiation, and growth, both directly and by phosphorylating RSK. MAP kinase is also stimulated through a signaling cascade that involves the coupling proteins SHC, Grb-2, SOS, and Ras, and the kinases Raf and MEK. — S— P04 = serine phosphorylation; — T— P04 = threonine phosphorylation; — Y— P04 = tyrosine phosphorylation. |
запрограммированную гибель нейронов эмбрионов позвоночных, а также показали, что степень гибели клеток может зависеть от размеров ткани-мишени160· 188). Они показали, например, что в развивающейся конечности в то время, когда формируются первые синаптические связи с миофибриллами, от 40 до 70 % мотонейронов, которые послали аксоны в эту конечность, погибают. Имплантация дополнительной конечности уменьшает долю погибающих мотонейронов, а удаление одного из зачатков конечностей приводит к увеличению числа гибнущих клеток, что дает основания для предположения, что мотонейроны конкурируют за некие трофические вещества, выделяемые тканью-мишенью.
В самом деле, большое разнообразие нейротрофических белков, в основном вырабаты-
566 Раздел IV. Развитие нервной системы
ваемых в мышце, как было обнаружено, могут управлять развитием мотонейронов: МНФ, NT-3 и NT-4/5, ИФР (инсулиноподобный фактор роста, IGF, insulin-like growth factor), CNTF (ciliary neurotrophic factor, нейротрофический фактор ресничек), GDNF (glial-derived neurotrophic factor, глиальный нейротрофический фактор), CDF (cholinergic differentiation factor, фактор холинергической дифференцировки, также называемый LIF, leukemia inhibitory factor, фактор подавляющий лейкемию) и ИФР-I (инсулиноподобный фактор роста 1)189)--192). При введении их эмбриону эти белки предупреждают гибель мотонейронов, которые без этих факторов неминуемо погибли бы. Однако существует и несколько доказательств, включая анализ мутантных мышей, у которых отсутствует один или несколько подобных белков или их рецепторов, которые показывают, что ни один из этих факторов не является необходимым для выживания мотонейрона во время развития. Наилучшим кандидатом для фактора, регулирующего выживание мотонейрона, является еще пока неидентифицированный лиганд рецептора CNTF 193).
Избыточная продукция нейронов, после которой следует период гибели клеток, является характерной чертой развития нервной системы позвоночных. Некоторые из нейронов, которые погибают, возможно, не смогли образовать синапсов, или образовали их с неподходящей клеткой-мишенью. В подобных случаях гибель клеток связана с особенностью иннервации194). Однако большинство клеток, которые гибнут, достигают и иннервируют правильные клетки-мишени. Таким образом, гибель клеток является основным механизмом, который поддерживает равновесие между количеством нейронов и их мишеней.
Неожиданной находкой явилось то, что ингибиторы образования мРНК или синтеза белка предотвращали гибель нейронов в отсутствие необходимых им нейротрофинов195). Результаты этих и более поздних экспериментов показали, что гибель нейронов типично происходит путем апоптоза. Апоптоз — это процесс, который активирует внутреннюю «суицидальную» программу клетки, которая приводит к упорядоченному (запрограммированному) распаду ДНК и белков в клетке. Существенно, что для этого необходим предварительный синтез протеолитических ферментов или их активаторов196· 197).
оНХЯЙ ОН ЯЮИРС: