Informácie

C13. Metabotropné nervové receptory - Biológia

C13. Metabotropné nervové receptory - Biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Možno ste si vyššie všimli, že niektoré signálne molekuly, ktorých účinky sú regulované kinázami (napríklad β-adrenergné a niektoré čuchové signály pomocou PKA a acetylcholín pomocou PKC), sú neurotransmitery. Receptory s priamym hradlovaním toku iónov sú rýchle, s aktivitami trvajúcimi milisekúndy a používajú sa na vyvolanie behaviorálnych reakcií.

Avšak iónové kanály môžu byť tiež hradlované nepriamo, keď sa neurotransmiter viaže na svoj receptor a vedie k udalostiam, ktoré otvoria iónový kanál, ktorý je odlišný od receptora. V tomto prípade obsadený receptor komunikuje s iónovým kanálom nepriamo cez G proteín. Príklady tohto nepriameho hradlovania iónových kanálov zahŕňajú serotonínové, adrenergné a dopamínové receptory v mozgu. Tieto receptory sú klasické jednoduché proteínové hadovité receptory so 7 transmembránovými helixmi a intracelulárnymi doménami, ktoré môžu interagovať s G proteínmi, ako je opísané vyššie, aby sa zvýšili hladiny druhého posla (cAMP, DAG) v neuróne. Tieto môžu buď aktivovať kinázy v bunke, ktoré fosforylujú iónové kanály, aby ich buď otvorili alebo uzavreli, alebo sa môžu viazať priamo na kanál a modulovať jeho aktivitu prostredníctvom alosterickej konformačnej zmeny. V niektorých prípadoch G proteín pôsobí priamo na iónový kanál. Tieto rôzne spôsoby sú opísané nižšie. Na rozdiel od priameho hradlovania majú receptory, ktoré nepriamo hradia iónové kanály, aktivity, ktoré sú pomalé a trvajú sekundy až minúty. Tieto receptory sa zvyčajne podieľajú na modulácii správania zmenou excitability neurónov a sily nervových spojení, a tým modulujú učenie a pamäť. Tieto zmeny môžu nastať mnohými spôsobmi, ktoré sú zhrnuté nižšie a v nasledujúcom odkaze:

Obrázok: Neurotransmisia: hradlovanie cez G viazané receptory

Animácie: Priama a nepriama akcia neurotransmitera

Fosforylácia iónových kanálov: Receptory, ktoré pôsobia prostredníctvom systému druhého posla, môžu zmeniť aktivitu iónových kanálov aktiváciou kináz, ktoré fosforylujú kanály. Toto môže:

  • otvorte kanál normálne uzavretý pri pokojovom potenciáli a vytvorte efekt ako hradlovanie.
  • zatvorte kanál, ktorý je zvyčajne otvorený pri pokojovom potenciáli (ako sú napríklad negované K kanály, ktoré by pri zatvorení depolarizovali bunku a urobili ju excitabilnejšou).

Interakcia Gα s iónovými kanálmi:

  • Ga podjednotka G proteínu interaguje s K kanálmi po stimulácii CNS acetylcholínového receptora, otvára kanál a hyperpolarizuje bunku

Interakcia druhého posla s iónovými kanálmi:

  • cGMP otvára katiónové kanály v bunkách sietnice po aktivácii fotoreceptora fotónmi
  • cAMP otvára katiónové kanály v čuchových bunkách po aktivácii čuchového receptora odorantmi.

Účinky druhého posla na proteíny iné ako iónové kanály (zvyčajne odlišné receptory):

  • β-adrenergné receptory sú fosforylované PKA a PKC (aktivované stimuláciou iného neurotransmiterového receptora spojeného cez G proteín za vzniku zvýšených hladín druhých poslov cAMP a diacylglycerolu). Keď je fosforylovaný, β-adrenergný receptor, samotný aktivovaný prostredníctvom G proteínu) nemôže viazať Gs. Tento účinok oslabuje odpoveď β-adrenergného receptora na jeho vlastný neurotransmiter, čo vedie k desenzibilizácii na tento signál.

Druhý posol reguluje génovú expresiu:

  • cAMP aktivovaný PKA môže fosforylovať neaktívny transkripčný faktor v bunke, ktorý sa potom môže viazať na úsek DNA nazývaný cAMP Response Element (CRE), ktorý je proti prúdu určitých génov, čo vedie k transkripcii génov. Transkripčný faktor sa nazýva CREB pre proteín viažuci prvok odpovede na cAMP. Príklad: tyrozínhydroxyláza (monooxygenáza) sa podieľa na syntéze adrenalínu a norepinefrínu. Aktivita tohto proteínu sa zvyšuje, keď je fosforylovaný PKA. Preto sa jeho aktivita môže rýchlo zvýšiť touto modifikáciou už prítomného proteínu. Ak je zviera vystavené silnému alebo dlhodobému stresu (chladu alebo imobilizácii), presynaptické bunky s norepinefrínom budú stimulované, aby uvoľnili neurotransmiter. To si vyžaduje kontinuálnu syntézu neurotransmitera presynaptickou bunkou. Zvýšenie syntézy tohto neurotransmiteru je spôsobené tým, že presynaptická bunka je stimulovaná iným neurónom, čo vedie k zvýšeniu hladín cAMP a v konečnom dôsledku k aktivácii CREB, ktorá zvyšuje transkripciu génu hydroxylázy.

Kofeín

Kofeín jednoznačne vyvoláva stav vzrušenia v centrálnom nervovom systéme. Zdá sa, že vysoké hladiny blokujú väzbu inhibičného neurotransmitera, adenozínu, na A2A adenozínový receptor. V neprítomnosti kofeínu sa hladina adenozínu počas dňa zvyšuje, čo podporuje interakciu s jeho receptorom, čo vedie k zvýšeniu ospalosti a nedostatku koncentrácie. Keď sa adenozín normálne viaže na svoje receptory, aktivuje adenylátcyklázovú kaskádu, ktorá aktivuje PKA, čo vedie k zmenám stavu fosforylácie mnohých proteínov vo vnútri bunky, vrátane proteínovej fosfatázy (2A). Tieto zmeny inhibujú nervové spaľovanie. Kofeín blokuje tieto zmeny.


Neurotransmiterové receptory

Abstraktné

Neurotransmiterové receptory prenášajú pôsobenie naviazaných neurotransmiterov, čím umožňujú medzibunkovú komunikáciu v nervovom systéme. Väčšina receptorov sú integrálne membránové proteíny kategorizované ako iónové kanály riadené ligandom alebo receptory spojené s G proteínom (GPCR). Tieto receptory sa líšia štruktúrne aj funkčne. Ligandom riadené iónové kanály sa skladajú z 3–5 proteínových podjednotiek, ktoré tvoria pór. Väzba neurotransmitera na receptor otvára póry a priamo indukuje toky iónov. Na rozdiel od toho sú GPCR zložené z jedného proteínu. Väzba neurotransmitera modifikuje konformáciu receptorového proteínu a mení jeho asociáciu s G proteínmi, čím nepriamo aktivuje signalizáciu prostredníctvom rôznych spojených dráh.


Vzrušujúce časy mimo mozgu: Metabotropné glutamátové receptory v periférnych a neneurálnych tkanivách

Metabotropné glutamátové (mGlu) receptory sú receptory spojené s G-proteínom exprimované primárne na neurónoch a gliových bunkách, kde sú umiestnené v blízkosti synaptickej štrbiny. V centrálnom nervovom systéme (CNS) mGlu receptory modulujú účinky neurotransmisie l-glutamátu navyše k účinkom rôznych iných neurotransmiterov. Avšak mGlu receptory majú tiež rozšírenú distribúciu mimo CNS, ktorá bola doteraz trochu zanedbávaná. Na základe tejto expresie boli navrhnuté rôzne úlohy mGlu receptorov v rôznych procesoch v oblasti zdravia a chorôb vrátane kontroly produkcie hormónov v nadobličkách a pankrease, regulácie mineralizácie vo vyvíjajúcej sa chrupavke, modulácie produkcie cytokínov lymfocytov, riadenia stavu diferenciácie. v embryonálnych kmeňových bunkách a moduluje gastrointestinálnu sekrečnú funkciu. Pochopenie úlohy mGlu receptorov na periférii tiež poskytne lepší prehľad o možných vedľajších účinkoch liekov, ktoré sa v súčasnosti vyvíjajú na neurologické a psychiatrické stavy. Tento prehľad sumarizuje nové potenciálne úlohy mGlu receptorov a zvyšuje možnosť nových farmakologických cieľov pre rôzne poruchy.


Glutamát zvyšuje prežitie a proliferáciu nervových progenitorov odvodených zo subventrikulárnej zóny

Hladiny extracelulárneho glutamátu sa zvyšujú v dôsledku perinatálnej hypoxie/ischémie, čo spôsobuje smrť neurónov a oligodendrocytov. Prekurzory v subventrikulárnej zóne (SVZ) tiež odumierajú po perinatálnej hypoxii/ischémii, preto sme predpokladali, že glutamát bude stimulovať smrť nervových prekurzorov. Tu pomocou zobrazovania vápnika demonštrujeme, že nervové kmeňové / progenitorové bunky odvodené od SVZ reagujú na ionotropné aj metabotropné excitačné aminokyseliny. Preto sme testovali účinky vysokých hladín agonistov glutamátového receptora na proliferáciu, prežitie a diferenciáciu nervových kmeňových/progenitorových buniek odvodených od SVZ in vitro. Ukazujeme, že vysoké hladiny glutamátu, až do 1 mM, nie sú toxické pre kultúry nervových prekurzorov. V skutočnosti stimulácia buď kainátového receptora alebo metabotropných glutamátových receptorov skupiny 2 (mGluR skupiny 2) znižuje bazálne hladiny apoptózy a zvyšuje proliferáciu nervových prekurzorov. Okrem toho, aktivácia mGluR skupiny 2 rozširuje počet multipotentných progenitorových buniek prítomných v týchto kultúrach pri zachovaní ekvivalentnej produkcie zrelých buniek. Dospeli sme k záveru, že glutamát uvoľnený po perinatálnej hypoxii / ischémii môže akútne podporovať proliferáciu multipotentných prekurzorov v subventrikulárnej zóne.


Mutácie génu Shank3/PROSAP2 sú spojené s kognitívnym poškodením od mentálnej retardácie až po autizmus. Shank3 je veľký skeletový proteín s postsynaptickou hustotou zapojený do dendritických tŕňov a tvorby synapsií, avšak jeho špecifické funkcie neboli jasne preukázané. Použili sme RNAi na zníženie expresie Shank3 v neurónových kultúrach a ukázali sme, že táto liečba špecificky znížila synaptickú expresiu metabotropného glutamátového receptora 5 (mGluR5), ale neovplyvnila expresiu iných hlavných synaptických proteínov. Funkčným dôsledkom knockdown Shank3 RNAi bola narušená signalizácia prostredníctvom mGluR5, ako sa ukázalo znížením fosforylácie ERK1/2 a CREB indukovanej stimuláciou s (S)-3,5-dihydroxyfenylglycínom (DHPG) ako agonistom receptorov mGluR5, poruchou mGluR5- závislá synaptická plasticita (dlhodobá depresia vyvolaná DHPG) a narušená modulácia aktivity neurónovej siete závislá od mGluR5. Zistili sme tiež morfologické abnormality v štruktúre synapsií (počet, šírka a dĺžka chrbtice) a zhoršený glutamátergický synaptický prenos, ako ukazuje zníženie frekvencie miniatúrnych excitačných postsynaptických prúdov (mEPSC). Najmä farmakologické zvýšenie aktivity mGluR5 pomocou 3-kyano-N-(1,3-difenyl-1H-pyrazol-5-yl)-benzamidu ako pozitívneho alosterického modulátora týchto receptorov obnovilo signalizáciu závislú od mGluR5 (fosforylácia vyvolaná DHPG ERK1/2) a normalizovali frekvenciu mEPSC v neurónoch zrazených Shank3. Tieto údaje ukazujú, že deficit intracelulárnej signalizácie sprostredkovanej mGluR5 v knockdown neurónoch Shank3 môže byť kompenzovaný 3-kyano-N-(1,3-difenyl-1H-pyrazol-5-yl)-benzamidom, čo zvyšuje možnosť, že farmakologická augmentácia aktivity mGluR5 predstavuje možný nový terapeutický prístup pre pacientov s Shank3 mutáciami.

  • APA
  • Štandardné
  • Harvard
  • Vancouver
  • Autor
  • BIBTEX
  • RIS

Význam proteínu Shank3 pri regulácii expresie a signalizácie metabotropného glutamátového receptora 5 (mGluR5) na synapsiách. / Verpelli, Chiara Dvoretskova, Elena Vicidomini, Cinzia Rossi, Francesca Chiappalone, Michela Schoen, Michael Di Stefano, Bruno Mantegazza, Renato Broccoli, Vania Böckers, Tobias M. Dityatev, Alexander Sala, Carlo.

In: Journal of Biological Chemistry , Vol. 286, č. 40, 7.10.2011, s. 34839-34850.

Výstup výskumu : Príspevok do časopisu › Článok › peer-review

T1 - Význam proteínu Shank3 pri regulácii expresie a signalizácie metabotropného glutamátového receptora 5 (mGluR5) na synapsiách

Mutácie génu N2 - Shank3/PROSAP2 sú spojené s kognitívnou poruchou v rozsahu od mentálnej retardácie až po autizmus. Shank3 je veľký skeletový proteín s postsynaptickou hustotou zapojený do dendritických tŕňov a tvorby synapsií, avšak jeho špecifické funkcie neboli jasne preukázané. Použili sme RNAi na zníženie expresie Shank3 v neurónových kultúrach a ukázali sme, že táto liečba špecificky znížila synaptickú expresiu metabotropného glutamátového receptora 5 (mGluR5), ale neovplyvnila expresiu iných hlavných synaptických proteínov. Funkčným dôsledkom knockdown Shank3 RNAi bola narušená signalizácia prostredníctvom mGluR5, ako sa ukázalo znížením fosforylácie ERK1/2 a CREB indukovanej stimuláciou s (S)-3,5-dihydroxyfenylglycínom (DHPG) ako agonistom receptorov mGluR5, poruchou mGluR5- závislá synaptická plasticita (dlhodobá depresia vyvolaná DHPG) a narušená modulácia aktivity neurónovej siete závislá od mGluR5. Zistili sme tiež morfologické abnormality v štruktúre synapsií (počet, šírka a dĺžka chrbtice) a zhoršený glutamátergický synaptický prenos, ako ukazuje zníženie frekvencie miniatúrnych excitačných postsynaptických prúdov (mEPSC). Najmä farmakologické zvýšenie aktivity mGluR5 pomocou 3-kyano-N-(1,3-difenyl-1H-pyrazol-5-yl)-benzamidu ako pozitívneho alosterického modulátora týchto receptorov obnovilo signalizáciu závislú od mGluR5 (fosforylácia vyvolaná DHPG ERK1/2) a normalizovali frekvenciu mEPSC v neurónoch zrazených Shank3. Tieto údaje ukazujú, že deficit intracelulárnej signalizácie sprostredkovanej mGluR5 v knockdown neurónoch Shank3 môže byť kompenzovaný 3-kyano-N-(1,3-difenyl-1H-pyrazol-5-yl)-benzamidom, čo zvyšuje možnosť, že farmakologická augmentácia aktivity mGluR5 predstavuje možný nový terapeutický prístup pre pacientov s Shank3 mutáciami.

Mutácie génu AB - Shank3/PROSAP2 sú spojené s kognitívnou poruchou od mentálnej retardácie až po autizmus. Shank3 je veľký skeletový proteín s postsynaptickou hustotou zapojený do dendritických tŕňov a tvorby synapsií, avšak jeho špecifické funkcie neboli jasne preukázané. Použili sme RNAi na zníženie expresie Shank3 v neurónových kultúrach a ukázali sme, že táto liečba špecificky znížila synaptickú expresiu metabotropného glutamátového receptora 5 (mGluR5), ale neovplyvnila expresiu iných hlavných synaptických proteínov. Funkčným dôsledkom knockdown Shank3 RNAi bola narušená signalizácia prostredníctvom mGluR5, ako sa ukázalo znížením fosforylácie ERK1/2 a CREB indukovanej stimuláciou s (S)-3,5-dihydroxyfenylglycínom (DHPG) ako agonistom receptorov mGluR5, poruchou mGluR5- závislá synaptická plasticita (dlhodobá depresia vyvolaná DHPG) a narušená modulácia aktivity neurónovej siete závislá od mGluR5. Zistili sme tiež morfologické abnormality v štruktúre synapsií (počet, šírka a dĺžka chrbtice) a zhoršený glutamátergický synaptický prenos, ako ukazuje zníženie frekvencie miniatúrnych excitačných postsynaptických prúdov (mEPSC). Najmä farmakologické zvýšenie aktivity mGluR5 pomocou 3-kyano-N-(1,3-difenyl-1H-pyrazol-5-yl)-benzamidu ako pozitívneho alosterického modulátora týchto receptorov obnovilo signalizáciu závislú od mGluR5 (fosforylácia vyvolaná DHPG ERK1/2) a normalizovali frekvenciu mEPSC v neurónoch zrazených Shank3. Tieto údaje ukazujú, že deficit intracelulárnej signalizácie sprostredkovanej mGluR5 v knockdown neurónoch Shank3 môže byť kompenzovaný 3-kyano-N-(1,3-difenyl-1H-pyrazol-5-yl)-benzamidom, čo zvyšuje možnosť, že farmakologická augmentácia aktivity mGluR5 predstavuje možný nový terapeutický prístup pre pacientov s Shank3 mutáciami.


Abstraktné

V tejto štúdii sme charakterizovali heterológnu desenzibilizáciu a internalizáciu zostrihových variantov mGluR1a a mGluR1b metabotropného glutamátového receptora 1 (mGluR1) po aktivácii endogénneho Gq/11-spriahnuté receptory v bunkách HEK293. Agonistická aktivácia M1 muskarínových acetylcholínových alebo purinergných receptorov P2Y1 spustila internalizáciu mGluR1a závislú od PKC a CaMKII. V štúdiách koimunoprecipitácie glutamát aj karbachol zvýšili asociáciu GRK2 s mGluR1a. Spoločné pridanie inhibítora proteínkinázy C (PKC) GF109203X a inhibítora KN-93 kinázy II závislej od Ca2+ kalmodulínu (CaMKII) blokovalo schopnosť glutamátu a karbacholu zvýšiť asociáciu GRK2 s mGluR1a. Glutamát tiež zvýšil asociáciu GRK2 s mGluR1b, zatiaľ čo karbachol nie. Na rozdiel od mGluR1a však glutamátom stimulovaná asociácia GRK2 s mGluR1b nebola znížená inhibíciou PKC/CaMKII. Predbežné ošetrenie buniek exprimujúcich mGluR1a alebo mGluR1b karbacholom rýchlo znecitlivelo následnú akumuláciu inozitolfosfátu stimulovanú glutamátom. Karbacholom indukovaná heterológna desenzibilizácia a internalizácia mGluR1a bola blokovaná LY367385, antagonistom mGluR1a s inverznou agonistickou aktivitou. Okrem toho LY367385 blokoval schopnosť karbacholu zvyšovať asociáciu GRK2 s mGluR1a. Na druhej strane, LY367385 nemal žiadny vplyv na karbacholom indukovanú desenzibilizáciu a internalizáciu nekonštitutívne aktívneho zostrihového variantu mGluR1b. Tieto výsledky ukazujú, že internalizácia mGluR1a, spustená homológne glutamátom alebo heterológne karbacholom, je závislá od PKC/CaMKII-, GRK2-, arestínu a klatrínu a že aktivácia PKC/CaMKII sa javí ako nevyhnutná na to, aby sa GRK2 spojil s mGluR1a. . Okrem toho, heterológna desenzibilizácia mGluR1a závisí od toho, či je zostrihový variant v aktívnej konformácii.

Podporené projektovým grantom od Medical Research Council.

Medical Research Council Anatomical Neuropharmacology Unit.

Komu treba adresovať korešpondenciu. Telefón: +44 117 95 46 406. Fax: +44 117 92 50 168. E-mail: [email protected]


Vývoj metabotropných glutamátových receptorov z trigeminálnych jadier do súdkovitej kôry u postnatálnej myši

Vzory expresie podtypov metabotropných glutamátových receptorov skupiny I (mGluR1α a mGluR5) a skupiny II (mGluR2/3) sa skúmali imunocytochemicky v trigeminálnom systéme myší počas prvých 3 týždňov postnatálneho vývoja, keď sa reprezentácie somatotopických fúzov postupne zisťovali z mozgového kmeňa talamu do mozgovej kôry. Imunofarbenie pre všetky tri epitopy vytvorilo vzory súvisiace s fúzmi v trigeminálnych jadrách od postnatálneho dňa (P) 0, vo ventrálnom zadnom talamickom jadre z P2 a v posteromediálnom sudovom podpoli somatosenzorickej kôry (SI) z P4. Výskytu vzorov súvisiacich s fúzmi predchádzali zvýšené hladiny imunofarbenia neuropilu, ktoré následne klesalo od trigeminálnych jadier smerom nahor. V SI boli mGluR1a-pozitívne neuróny pozorované vo všetkých kortikálnych vrstvách z P2. mGluR5 bol lokalizovaný v neurónoch, gliových bunkách a neuropile z P2. Imunofarbenie mGluR2/3 bolo distribuované iba v neuropile vo všetkých vekových skupinách. Tri podtypy receptorov vykazovali strednú až vysokú expresiu v hlbokej vrstve V počas vývoja. Prechodná expresia vyvrcholila v dutinách sudov vrstvy IV od P4 do P9 a potom klesla, keď sa expresia zvýšila v supragranulárnych vrstvách od P14 po P21. Hlboký aspekt kortikálnej poddoštičky (vrstva VIb) vykazoval husté mGluR5 a menej husté imunofarbenie mGluRla počas vývoja. Up-regulácia expresie mGluRs skupiny I a II koreluje s rastom a zdokonaľovaním konektivity a vytváraním somatotopických vzorcov v troch hlavných reléových staniciach trigeminálneho systému. Toto zistenie naznačuje úlohy mGluR pri včasnom spracovaní senzorických informácií a vo vývojovej plasticite. J. Comp. Neurol.409:549-566, 1999. © 1999 Wiley-Liss, Inc.


Trvalá aktivita metabotropného glutamátového receptora: Homer, Arrestin a ďalej

Keď sú aktivované, metabotropné glutamátové receptory (mGlus) prejavujú dlhotrvajúce zmeny v glutamátergných synapsiách. Jedným z mechanizmov je tonický účinok dráh prenosu signálu po prúde prostredníctvom trvalej aktivácie samotného mGlu. Rovnako ako mnohé iné receptory spojené s G proteínom (GPCR), mGlu môže existovať v konštitutívne aktívnom stave, ktorý nezávisle pretrváva ako agonista. V tomto článku uvádzame prehľad súčasných poznatkov o mechanizmoch, ktoré sú základom konštitutívnej aktivity mGlus skupiny I. Problémy týkajúce sa mechanizmu Homer1a v konštitutívnej aktivite skupiny I mGlus a nedávne zistenia týkajúce sa významnej úlohy β-arestín v trvalej aktivite GPCR sú tiež diskutované. Navrhujeme, aby mGlu v stave trvalej aktivácie trvalo aktivoval downstream signálne dráhy, vrátane rôznych adaptorových proteínov a kináz, ako napr. β-arestín a mitogénom aktivované proteínkinázy. Na druhej strane sa tieto efektorové molekuly viažu na C-koncové väzbové domény mGlu alebo ich fosforylujú a následne regulujú stav aktivácie mGlu.

1. Úvod

Efektívny prenos informácií v nervovom systéme je sprostredkovaný rôznymi neurotransmitermi a neuromodulátormi. Glutamát, najrozšírenejší neurotransmiter v nervovom systéme, pôsobí ako excitačný signál v synapsiách a hrá kľúčovú úlohu v regulácii aktivity neurónov. V synaptických lokusoch sa glutamát uvoľnený z presynaptických vezikúl viaže na postsynaptické glutamátové receptory a synaptická aktivácia postsynaptických ionotropných glutamátových receptorov, ako je N-metyl-D-aspartát (NMDA) a α-amino-3-hydroxy-5-metyl-4-izoxazolpropiónovej kyseliny (AMPA), priamo prispieva k tvorbe akčných potenciálov v postsynaptických neurónoch. Aktivácia metabotropného glutamátového receptora (mGlu) má na druhej strane nepriame dlhotrvajúce vplyvy v celom neuróne, predovšetkým prostredníctvom aktivácie heterotrimérnych G proteínov [1–3].

Na základe intracelulárnych signálnych dráh možno osem podtypov mGlus klasifikovať do troch podskupín (I, II a III). Spomedzi ôsmich podtypov mGlu sú najrozsiahlejšie študované mGlus mGlu1 a mGlu5, ktoré tvoria skupinu I mGlus [4, 5]. Aktivácia mGlus skupiny I stimuluje fosfolipázu C (PLC) βčo vedie k aktivácii dráhy proteínkinázy C (PKC) sprostredkovanej diacylglycerolom (DAG-) a vyvoláva vápnikovú odpoveď uľahčením otvárania vápnikových kanálov plazmatickej membrány a uvoľňovaním inozitoltrifosfátu- (IP3-) sprostredkovaný vápnik z vnútrobunkových zásob vápnika [6]. Intracelulárne signálne kaskády aktivované mGlus skupiny I hrajú zásadnú úlohu v plasticite neuronálnej excitability [6]. Toto je dosiahnuté endokanabinoidmi sprostredkovanou supresiou pravdepodobnosti uvoľnenia presynaptických vezikúl, moduláciou dostupnosti receptora a kanála v postsynaptickej neurónovej membráne a zmenou v transkripcii génov súvisiacich s rôznymi regulačnými signálnymi molekulami [5].

Podobne ako mnohé iné GPCR [7–10], mGlus existuje v stave rovnováhy medzi tým, či je aktívny alebo neaktívny, bez ohľadu na väzbu agonistu [11–13]. Ako taký môže mGlus za určitých okolností vykazovať trvalú aktivitu. Pretrvávanie aktivity mGlu po vymytí agonistu, ako aj konštitutívna aktivita mGlu nezávislá od väzby agonistu bola hlásená v predchádzajúcich štúdiách [13–15]. Pretrvávajúce bunkové účinky aktivácie mGlu sú sprostredkované downstream efektormi, vrátane G proteínov resp β-arestíny a zohrávajú kľúčovú úlohu pri modulácii neuronálnej plasticity [6, 16–18]. Ďalej predchádzajúce štúdie uvádzajú, že pretrvávajúci účinok aktivácie mGlu sa podieľa na fyziologickej funkcii a patologickej dysfunkcii nervového systému [11, 14, 19].

V tomto prehľade sa zameriame na trvalú aktivitu signalizácie mGlu skupiny I a intracelulárne mechanizmy, ktoré sú základom pretrvávajúceho účinku aktivácie receptora. Zhodnotíme súčasné poznatky týkajúce sa významnej úlohy intracelulárneho skafoldu, Homer1a, v konštitutívnej aktivite skupiny I mGlus. Ďalej budeme diskutovať o najnovších zisteniach β-arestínová funkcia v trvalej aktivite G proteínu v intracelulárnych GPCR, čo sa týka jej možného významu pre trvalo aktívnu signalizáciu mGlu. Uzatvárame diskusiu o intracelulárnej funkcii mGlu a predpokladanej úlohe signalizácie downstream mitogénom aktivovanej proteínkinázy (MAPK) pri udržiavaní trvalej aktivity mGlu.

2. Trvalé pôsobenie mGlus po aktivácii

Pretrvávajúca aktivácia je bežným javom medzi GPCR [9, 20, 21]. Pretrvávajúca signalizácia G proteínu po vymytí agonistu bola hlásená pre mnohé GPCR. Tento dlhotrvajúci účinok môže byť odvodený od pretrvávajúceho účinku kaskád po naviazaní agonistu na receptor a/alebo od agonistu nezávislej perzistentnej aktivácie samotného receptora. Predchádzajúce štúdie ukázali, že aktivácia mGlu downstream kaskád má dlhodobý vplyv na glutamátergickú synaptickú transmisiu a pretrvávajúce zmeny v synaptickej účinnosti vyvolané aktiváciou mGlu sú reverzibilne potlačené antagonistami mGlu [22]. Napríklad dlhodobú depresiu (LTD) možno vyvolať stimuláciou mGlu skupiny I pomocou agonistu 3,5-dihydroxyfenylglycínu (DHPG) v hipokampálnych neurónoch. Táto skupina I sprostredkovaná mGlu LTD je úplne alebo čiastočne zvrátená aplikáciou antagonistov mGlu, ako napr. α-metyl-4-karboxyfenylglycín (MCPG), 2-amino-2-(3-cis a transkyselina karboxycyklobutyl-3-(9-tioxantyl)propiónová (LY393053), αkyselina -amino-4-karboxy-2-metylbenzénoctová (LY367385) alebo hydrochlorid 2-metyl-6-(fenyletinyl)pyridínu (MPEP). Tento jav nie je špecifický pre skupinu I mGlu. LTD sprostredkovaná mGlu skupiny II a skupiny III je tiež zvrátená reprezentatívnymi antagonistami [22]. Tieto zistenia zvyšujú možnosť, že predĺžená zmena aktivity neurónov vyvolaná aktiváciou mGlu skupiny I je sprostredkovaná pretrvávajúcou aktivitou samotného mGlus [14]. To naznačuje, že úloha pretrvávajúcej aktivácie môže viesť k modulácii neuronálnej aktivity vo fyziologickom aj patologickom stave [12, 14, 23].

Nevyhnutná podmienka pre túto pretrvávajúcu aktivitu sa môže líšiť v závislosti od stavu neurónov a podtypov mGlu. V prípade mGlu5 v CA3 hipokampálnych neurónoch je pre prejav perzistujúcej aktivácie nevyhnutná aplikácia DHPG pri dostatočne vysokej teplote (30-31°C) počas dostatočnej doby (>gt30 min) [15]. Za tohto stavu bola neuronálna excitabilita zmenená v dôsledku zmeny stavu draslíkových kanálov, a teda pretrvávajúcej supresie afterhyperpolarizácie (AHP), ktorá je sprostredkovaná signálnou dráhou závislou od p38 MAPK a proteínovej syntézy. Nevyhnutná podmienka (vysoká teplota) v tomto prípade naznačuje, že v tomto mGlu môžu byť zapojené enzýmy a/alebo iónové kanály citlivé na teplotu5-sprostredkovaná perzistentná supresia AHP [15, 24–26]. V prípade mGlu1iónový kanál bol prechodne ovplyvnený, ale pretrvávajúca zmena stavu nebola vyvolaná rovnakou stimuláciou [15]. Je zaujímavé, že ďalšia štúdia uvádza, že pretrvávajúce neurónové reakcie CA3 na skupinu I agonistu mGlu DHPG zvrátil mGlu1 antagonista LY367385 alebo etylester (hydroxyimino)cyklopropa[b]chromen-1a-karboxylátu (CPCCOEt) a v menšej miere prostredníctvom mGlu5 antagonista MPEP, čo naznačuje, že mGlu1 sa primárne podieľa [14]. Napriek nekonzistentnosti tieto štúdie bežne implikujú pretrvávajúcu aktivitu a funkčný význam mGlu skupiny I pre dlhotrvajúce zmeny v neuronálnej aktivite.

3. Konštitutívna, na agonistovi nezávislá aktivita mGlus

Mnohé GPCR vykazujú aktivitu nezávislú od agonistu. Hoci presné mechanizmy, ktoré sú základom trvalej signalizácie GPCR, neboli úplne pochopené, mnohé výskumy tohto fenoménu odhalili, že prirodzenou črtou GPCR je konštitutívna aktivita [7–10]. Trvalá aktivácia GPCR môže byť modulovaná signálnymi molekulami, ako aj endogénnymi ligandami, a hrá významnú úlohu pri udržiavaní fyziologického aj patologického stavu.

Bolo hlásené, že skupina I mGlus vykazuje konštitutívnu aktivitu [11, 12, 23, 27]. Ako GPCR má mGlu tiež intracelulárne domény, ktoré môžu interagovať s mnohými kinázami, fosfatázami a proteínmi. Tieto molekuly modulujú činnosť receptorov a mnohé z nich sú zdieľané inými signálnymi dráhami GPCR. Konštitutívna aktivita mGlus môže vyplynúť zo zmien v konformácii receptora vyvolaných týmito interagujúcimi molekulami. Predchádzajúce štúdie ukázali, že mutácia špecifických zvyškov alosterickej väzbovej domény vedie ku konformačným zmenám a moduluje konštitutívnu aktivitu mGlus [28, 29]. Nedávno sa zistilo, že konštitutívna aktivita mGlus skupiny I môže byť modulovaná spojením mGlus so špecifickými intracelulárnymi interagujúcimi molekulami, ako je napríklad Homerova rodina skeletových proteínov [11, 13].

4. Zapojenie Homerových proteínov do konštitučnej aktivity mGlus

V prípade mGlu je najviac študovaným mechanizmom konštitučnej aktivity zapojenie Homerovej rodiny intracelulárnych proteínov. Homerove proteíny sú intracelulárne skeletové proteíny, ktoré interagujú s rôznymi membránovými receptormi vrátane mGlus [30–32]. So zachovanou doménou Ena/VASP homológie (EVH) 1 sa Homerove proteíny viažu na C-terminálny PPXXF motív receptorov a pôsobia ako skelet pre rôzne vnútrobunkové efektorové interakcie. Homerova rodina obsahuje mnoho alternatívnych zostrihových variantov z troch Homerových génov a tieto viaceré izoformy možno kategorizovať buď na dlhodobú alebo krátku formu Homerovych proteínov. Dlhé formy Homerovych proteínov (Homer 1b, 1c, 2 a 3) majú doménu coiled-coil a tvoria diméry s inými intracelulárnymi efektormi. Krátka forma Homerovho proteínu (Homer 1a) má naproti tomu iba doménu EVH1 a chýba mu doména s coiled-coil. Homer1a pôsobí ako dominantne-negatívny konkurent pre iné dlhé proteíny Homer tým, že sa viaže na receptory a narušuje intracelulárnu signalizáciu. Homer1a je exprimovaný spôsobom závislým od aktivity, zatiaľ čo iné dlhé Homer proteíny sú exprimované konštitutívne. Predpokladá sa, že Homer1a pôsobí proti hyperexcitabilite neurónov, a tak hrá kľúčovú úlohu v endogénnej neuroprotekcii [32–36].

Okrem takejto homeostatickej regulačnej úlohy sa Homer1a podieľa aj na konštitutívnej aktivácii mGlu [11, 13]. Ako dominantne-negatívny konkurent pre iné dlhé proteíny Homer viažuce sa na mGlu, Homer1a narúša interakciu mGlu-Homer3, keď je exprimovaný. Pretože Homer3 je konštitutívne exprimovaný a pôsobí ako negatívny regulátor konštitutívnej aktivity mGlu prostredníctvom stabilizácie receptora, narušenie väzby mGlu-Homer3 indukciou Homer1a vedie k rozvoju neuronálnych podmienok pre konštitutívnu aktiváciu mGlu [11].

Hoci bolo hlásené zapojenie Homer1a do konštitutívnej aktivity mGlu, tento koncept neobjasňuje základné mechanizmy, ktoré sú základom konštitutívnej aktivácie mGlu. Mechanizmus Homer1a na vyvolanie konštitutívnej aktivity závisí od jeho dominantne negatívneho účinku na väzbu mGlu-Homer3. Štúdia konštitučnej aktivity mGlu sprostredkovanej Homer1a sa uskutočnila v mozočku, kde je známe, že bazálna expresia Homer3 je vysoká [13]. Keďže expresia Homer3 sa líši v závislosti od oblastí mozgu a neuronálnych podtypov, predpokladá sa, že indukcia konštitutívnej mGlu aktivity pomocou Homer1a môže byť nekonzistentná v závislosti od bunkového stavu. Ak väzba Homer3 stabilizuje mGlu a blokuje konštitutívnu aktiváciu receptora a Homer1a indukuje konštitutívnu aktivitu mGlu narušením väzby mGlu-Homer3, nie je vhodné tvrdiť, že Homer1a je nevyhnutnou podmienkou pre konštitutívnu aktivitu mGlu. Takže v neuronálnom stave, kde chýba Homer3, môže byť konštitutívna aktivita mGlu zachovaná aj bez prítomnosti Homer1a. Pokiaľ ide o pôvodné pôsobenie Homer1a spočívajúce v prerušení väzby mGlu na rôzne interagujúce molekuly, Homer1a by zabránil aktivácii určitých intracelulárnych dráh po prúde v signálnej dráhe mGlu. Napríklad prerušenie interakcie mGlu s Homer1b/c alebo Homer2 by ovplyvnilo kalciovú signalizáciu a MAPK fosforylácie [37–39]. Stupeň prerušenia mGlu downstream dráh Homerovými proteínmi sa líši medzi rôznymi neurónmi a na zložení signálnych dráh [39]. V tom môže expresia Homer1a znížiť [40–42], ako aj zvýšiť [13, 41, 43] vzostup hladín vápnika v reakcii na stimuláciu mGlu, v závislosti od podtypu neurónov [39]. Okrem toho stimulácia mGlus aktivuje niekoľko downstream dráh [16, 44] a Homerova väzba na mGlu neaktivuje ani nedeaktivuje rovnomerne všetky tieto dráhy [44]. Funkčný účinok Homera na trvalú downstream aktiváciu mGlu môže byť teda špecifický pre dráhu.

5. Úloha β- Zatknutá cesta

To špekulujeme β-arestín sa môže podieľať na modulácii aktivity mGlu. V klasickom pohľade, β-arestín bol považovaný za terminátor aktivity GPCR. Podľa tohto klasického konceptu agonistická aktivácia povrchového GPCR vedie k fosforylácii receptora indukovanej GPCR kinázou (GRK-), po ktorej nasleduje β-arestínová väzba a väzba z β-arestín na receptor má za následok desenzibilizáciu a internalizáciu receptora [21]. Teraz je však jasné, že pôsobenie o β-arestín nie je obmedzený na desenzibilizáciu alebo internalizáciu receptora [45]. β-Arrestin pôsobí ako adaptér alebo skafold a jeho väzba na GPCR môže aktivovať signálne dráhy nezávislé od G proteínu, aby sa indukovala bunková zmena [46, 47]. β-Arrestin interaguje s väčšinou GPCR vrátane mGlus [16, 17]. Nedávna štúdia ukázala, že β-arestínom indukované signálne dráhy mGlu skupiny I nezávislé od G proteínu hrajú významnú úlohu v LTD v hipokampálnych neurónoch a zapojené dráhy sa medzi neurónmi CA1 a neurónmi CA3 líšia [17]. Autori štúdie zistili, že genetická ablácia β-arrestin2 má za následok deficity LTD sprostredkované mGlu1 v CA3 neurónoch a prostredníctvom mGlu5 v CA1 neurónoch. Tiež oznámili, že βKnokautované myši -arrestin2 majú nedostatok dlhodobej potenciácie (LTP) indukovanej nízkofrekvenčnou stimuláciou, párovou stimuláciou vstupov machových vlákien do CA3 pyramídových neurónov [48], ale nie v LTP indukovanej vysokofrekvenčnou stimuláciou [17]. Skorá štúdia pyramidálnych neurónov CA3 odhalila, že potenciácia NMDA receptora prostredníctvom mGlu5 je sprostredkovaná dráhou závislou od G proteínu, zatiaľ čo potenciácia prostredníctvom mGlu1 je sprostredkovaná dráhou nezávislou od G proteínu [49]. Štúdia preukázala, že aplikácia DHPG môže indukovať LTP za podmienok blokády G proteínu pomocou GDPβS. Tento DHPG-LTP bol blokovaný inhibítorom Src. Autori diskutovali o tom, že β- arestínom sprostredkovaný nábor Src kinázy je základom účinku mGlu nezávislého od G proteínu1 [49, 50]. Preto môžeme špekulovať, že β-arestínové downstream dráhy mGlu môžu byť v aktívnom stave aj za okolností, za ktorých mGlu prestalo vykonávať svoje dráhy závislé od G proteínu.

Okrem aktivácie signálnych dráh nezávislých od G proteínu sa spája aj spájanie β-arestín na mGlus môže určiť stav aktivity receptorov. Podľa predchádzajúcich štúdií GPCR so slabou väzbou na β-arestín (GPCR triedy A) prechodne interagujú s β-arestín v dôsledku relatívne nízkej afinity, a preto sú krátko po endocytóze recyklované späť do plazmatickej membrány. GPCR so silnejšou väzbovou afinitou k β-arestín (GPCR triedy B) na druhej strane vykazuje stabilnú väzbu, a preto sa predpokladá, že po ňom dôjde k endozomálnej degradácii β-arestínom indukovaná endocytóza [9, 20, 51]. Nedávne štúdie však spochybnili tento klasický koncept β-zastavenie činnosti GPCR sprostredkované arestínom. Podľa štúdií je väzba β-arestín voči GPCR vedie k trvalej aktivite G proteínu, hlavne v internalizovaných GPCR [8, 9]. V tomto novom koncepte β-arestín a G proteín sa môžu viazať súčasne na GPCR. To sa dosiahne tým, že βväzba -arestínu na C-koniec a väzba G proteínu na transmembránové jadro receptora [9]. Väzba z β-arestín na C-terminálnom chvoste sprostredkúva internalizáciu receptora a intracelulárnu signalizáciu, ale neindukuje desenzibilizáciu signalizácie G proteínu [8, 9, 20]. Vysoká afinita C-koncového konca GPCR triedy B k β-arestín umožňuje stav, v ktorom sa G proteín spája s transmembránovým jadrom a súčasne, β-arestín sa spája s C-koncom, čo vedie k internalizácii receptora tým β-arestín a konzervovaná signalizácia G proteínu v internalizovanom receptore [9, 20]. V dôsledku toho sa v internalizovanom GPCR môže vyskytnúť súčasná aktivácia signálnych dráh závislých od G proteínu a nezávislých signálnych dráh G proteínu [9]. Hoci stav interakcie transmembránového jadra a C-koncového chvosta s G proteínom a β- arestín v aktívnom mGlu je nejasný, β- arestínom sprostredkovaná trvalá signalizácia v internalizovaných GPCR naznačuje uskutočniteľný mechanizmus pre konštitutívnu aktivitu (obrázok 1).

β-Arrestín sa tiež kriticky podieľa na modulácii plasticity glutamátergického synaptického prenosu [16, 17]. Nedávna štúdia ukázala, že β-arestínová dráha je potrebná pre určitý typ plasticity sprostredkovanej mGlu skupiny I, ktorá zahŕňa dráhu kinázy regulovanej extracelulárnym signálom (ERK) a je sprostredkovaná mGlu1 v CA1 neurónoch a mGlu5 v neurónoch CA3 [17]. To špekulujeme β-arestín sa ďalej podieľa na konštitučnej aktivite mGlus.

6. Zapojenie intracelulárneho mGlu5

Nedávno odhalená intracelulárna aktivita mGlu5 podporuje vyššie uvedenú myšlienku. Podľa štúdií viac ako 60% mGlu5 sú lokalizované v intracelulárnom mieste [52, 53] a aktivácia intracelulárneho mGlu5 vedie k trvalým cytosolickým kalciovým odpovediam [53–56]. Čo sa týka β- arestínom sprostredkovaná trvalá aktivita GPCR, ktorá prebieha s internalizáciou receptora, vysoký pomer zloženia intracelulárneho mGlu5 inšpiruje myšlienku, že intracelulárny mGlu5 aktivita koreluje s β- väzba arestínu a trvalá signalizácia receptora.

Tento intracelulárny mGlu5 aktivita hrá významnú úlohu pri udržiavaní fyziologickej a patologickej plasticity počas hipokampálnej LTD [54] a hyperexcitability miechových neurónov vyvolanej poranením nervov [53]. Je zaujímavé, že signálne kaskády indukované intracelulárnym mGlu5 aktivácia sú odlišné od downstream signalizácie mGlu5 v plazmatickej povrchovej membráne [55, 56]. Iba intracelulárny mGlu5, nie povrchová membrána mGlu5spôsobuje fosforyláciu ERK1/2.Toto bolo demonštrované zvýšenou reguláciou fosforylácie ERK1/2 v reakcii na liečbu membránovo permeabilného agonistu, quisqualátu, v prítomnosti nepriepustného, ​​netransportovaného antagonistu, LY393053. Upregulácia fosforylácie ERK1/2 sprostredkovaná quisqualátom by mohla byť blokovaná membránovo priepustným antagonistom MPEP. Naopak, nepriepustný, netransportovaný agonista, DHPG, nemohol vyvolať zvýšenie fosforylácie ERK1/2. Podobné nezrovnalosti týkajúce sa aktivácie ERK1/2 sa ukázali v nedávnej štúdii β- downstream signálna dráha mGlu závislá od arestínu5 aktivácia [16].

7. Cesta ERK1/2 MAPK

V signálnych kaskádach mnohých GPCR, G proteín a β-arestínom sprostredkované dráhy zdieľajú spoločné downstream efektory ERK1/2 MAPK [57–59]. Väzba z β-arestín na aktivované GPCR prispieva k fosforylácii ERK1/2 a trvalá fosforylácia ERK1/2 podporuje internalizáciu GPCR a konštitutívnu signalizáciu [57, 59–63]. V prípade mGlu1/5stimulácia receptora agonistom vedie k fosforylácii ERK1/2, ktorá hrá významnú úlohu v synapsii [64–66]. Táto aktivácia ERK1/2 nie je ovplyvnená alebo len čiastočne ovplyvnená inhibítormi PLC [38], čo je downstream efektor dráhy sprostredkovanej G proteínom [46]. Nedávne štúdie ukázali, že mGlu5-sprostredkovaná aktivácia ERK1/2 bola úplne blokovaná genetickou redukciou β-arestín2 [16, 17]. To naznačuje, že mGlu5-sprostredkovaná aktivácia ERK1/2 je β-závislá od dráhy arestínu, ale nie od dráhy G proteínu [16]. Ako je uvedené vyššie, toto skreslené zapojenie do fosforylácie ERK1/2 je spoločnou charakteristikou v štúdiách intracelulárneho mGlu5 aktivácia a mGlu5- sprostredkované β-arestínová signálna dráha.

Je zaujímavé, že aktivovaný ERK zase reguluje väzbu β-arestínové a Homerove proteíny na receptor. Akcie z β-arestín na GPCR sú regulované mechanizmom spätnej väzby sprostredkovaným ERK, pretože aktivovaný ERK prednostne fosforyluje receptor viazaný β-arestín [46, 67, 68] a reguluje jeho funkciu [62]. Okrem toho aktivovaný ERK1/2 fosforyluje serín-prolínový motív mGlu1 a mGlu5a fosforylačné miesta zahŕňajú Homerovo väzbové miesto C-konca mGlus [44, 69]. Je teda pravdepodobné, že raz β-arestínová dráha intracelulárneho mGlu je dostatočne aktivovaná, následná aktivácia ERK by ovplyvnila väzbu na receptor β-arestín a Homer proteíny a prípadne modulujú downstream signalizáciu mGlus (obrázok 2). To, či ERK-indukovaná fosforylácia Homerovho väzbového miesta mGlu vedie k aktivácii alebo deaktivácii mGlu signalizácie, môže byť špecifické pre konkrétny prípad, pretože Homerova modulácia mGlu signalizácie by sa líšila v závislosti od neurónových podmienok [39, 69]. Navrhujeme, aby za určitých okolností bola viazaná Homer a β-arestín na receptor upravený fosforyláciou kinázy by viedol k trvalej aktivácii mGlu.

8. Regulácia interakcií

Väzba Homérových proteínov na receptor je ovplyvnená fosforyláciou väzbových miest. V skupine I mGlu prolínom riadené kinázy, ako napríklad ERK1/2 a cyklín-dependentná kináza (CDK) 5, fosforylujú mGlu skupiny I na Homerovom väzbovom mieste a riadia downstream signálne dráhy [44, 70]. Viacdoménový skafoldovací proteín nazývaný Preso1 viaže tieto prolínom riadené kinázy a reguluje väzbu Homer-mGlu [44]. Okrem toho expresia Homer1a po indukcii LTP v neurónoch prítomných v hipokampálnom dentate gyrus vyžaduje ERK1/2 kaskádu [71]. Interakcia medzi kinázami a proteínmi ako taká hrá dôležitú úlohu pri regulácii expresie Homerových proteínov a ich interakcie s mGlus. Pretože regulácia Homerovej väzby sprostredkovaná Preso1 neovplyvňuje povrchovú expresiu mGlus [44], je nepravdepodobné, že by následná aktivácia Homerom sprostredkovanej mGlu priamo regrutovala β-zatknutie. Skôr sa špekuluje, že Homérom sprostredkované a β-arestínmi sprostredkované dráhy sa navzájom ovplyvňujú fosforyláciou receptora a každého proteínu. Dôležité je, že prolínom riadené kinázy, ktoré sprostredkovávajú fosforyláciu mGlu na Homerovom väzbovom mieste, môžu byť aktivované mnohými signálnymi dráhami a nie sú špecifické pre receptor. To naznačuje možnosť presluchu receptora [44] a interakcie s β- signalizácia zatknutia. Väzba z β-arestín na mGlus kriticky ovplyvňuje aktiváciu ERK1/2 prostredníctvom signalizácie Raf a syntézu proteínov po aktivácii receptora. Na oplátku, β-arestínová signalizácia je ovplyvnená spätnoväzbovým riadením sprostredkovaným ERK [62]. zaujímavé, β-arestín má dva rôzne spôsoby účinku pri regulácii ERK. Nedávna štúdia M1 muskarínové acetylcholínové receptory odhalili obojsmernú kontrolu ERK prostredníctvom βväzba arestínu na receptor, čo ukazuje, že stabilná väzba β-arestín zvyšuje expresiu ERK1/2, zatiaľ čo prechodná väzba ju znižuje [72]. Hoci podrobnosti týkajúce sa β- väzba arestínu na mGlus počas aktivácie receptora je stále nejasná, čo zvyšuje vyhliadku, že trvalá aktivita mGlu je regulovaná funkčnou interakciou medzi Homerovými proteínmi a β-arestín, ktorý je vyvážený aktiváciou ERK.

9. Účinky interakcií

Proteíny zodpovedné za dlhodobú expresiu synaptickej plasticity sa rýchlo prekladajú v reakcii na aktiváciu mGlu. Narušená regulácia, ako aj nadmerná syntéza proteínov, môžu viesť k poruchám neurónov [73]. Pokiaľ ide o úlohu, ktorú hrá aktivovaná ERK1/2 pri regulácii génovej expresie, signálne kaskády zapojené do aktivácie ERK by priamo ovplyvňovali syntézu proteínov sprostredkovanú mGlu.

Hoci väzba Homer1a na skupinu I mGlu vedie za určitých okolností ku konštitutívnej aktivácii [13], dôsledok sa prejavuje downstream kaskádami závislými od G proteínu a nie kaskádou aktivácie ERK. Predpokladáme, že konštitutívna downstream aktivácia G proteínových kaskád je len jedným z mnohých možných dôsledkov väzby Homer1a na mGlu. Tento názor podporujú účinky Homerových proteínov a β-zastavenie pri aktivácii ERK1/2 sprostredkovanej Ras. Proteín Ras prenáša signály z aktivovaných GPCR do cytoplazmy a jadra a prispieva k indukcii rôznych efektorových molekúl, vrátane MAPK [74]. V mnohých GPCR vyžaduje Ras-dependentná aktivácia ERK1/2 MAPK dráhy signalizáciu Src kinázy [59] a interakciu medzi βV tejto dráhe GPCR-Src-ERK1/2 hrá dôležitú úlohu -arestín a Src kináza [49, 70]. Navyše, β-arestín sa priamo viaže na c-Raf [68] a uvoľňuje autoinhibíciu kinázy aj bez Ras, čo vedie k aktivácii ERK kaskády [75]. V prípade mGlu bolo navrhnuté, že β-arestín pôsobí ako skafold na naviazanie Src kinázy na aktivovanú mGlu [17, 49, 71], a preto je potrebný na aktiváciu ERK1/2 sprostredkovanú mGlu [16]. Je zaujímavé, že po aktivácii mGlu5 v striatálnych neurónoch je pomocou PLC aktivovaná iba malá časť ERK1/2β/IP3/kalcium-dependentná dráha [38], čo je kaskáda sprostredkovaná G proteínom [16]. Za rovnakých podmienok sa oveľa silnejšia aktivácia ERK1/2 dosiahne cestou nezávislou od vápnika, spôsobom závislým od Homer1b/c [38]. Keďže aktivácia ERK1/2 je β-závislý na dráhe arestínu, to implikuje presluchy medzi Homer1b/c a β-zatknutie po prúde ciest. V tomto neurónovom stave by väzba Homer1a na mGlu negatívne regulovala aktiváciu ERK1/2 prostredníctvom inhibície väzby Homer1b/c na mGlu. Homer1a skutočne silne tlmí mGlu-dependentnú aktiváciu ERK1/2 v mieche [40]. Najmä prerušenie interakcií mGlu-Homer selektívne blokuje fosfoinozitid 3-kinázovú (PI3K-) Akt-cicavú cieľovú dráhu rapamycínu (mTOR), ale nie dráhu ERK v hipokampálnych neurónoch, čo naznačuje regionálnu špecifickú úlohu Homera v mGlu signalizácia [76]. Ako výsledok syntézy proteínov v smere mGlu5 Aktivácia, zmena ERK implikuje odlišný spôsob pôsobenia mGlu5 po jeho interakcii s Homérovými proteínmi.

Funkčné dôsledky interakcie sa prejavujú rôznymi fyziologickými a patologickými odpoveďami v neurónoch. Ochranná signalizácia mGlu indukovaná glutamátom1 je sprostredkovaný trvalým, β-arestínom sprostredkovaná aktivácia ERK [77]. V prípade Homera väzba Homerovho proteínu na zosilňovač fosfoinozitid 3 kinázy (PIKE) po aktivácii mGlu skupiny I indukovanej quisqualátom alebo DHPG aktivuje PI3K a zabraňuje apoptóze neurónov [78]. Preto by narušenie tejto interakcie ovplyvnilo bazálnu životaschopnosť neurónu. Okrem toho zahŕňajú mechanizmy synaptickej plasticity sprostredkovanej mGlu skupiny I β-arestín [16, 17] a Homerov proteín [76]. Tieto interakcie sú spojené s chorobami neurónov, ako je krehký X [16, 27, 76], chronická bolesť [40, 79, 80] a závislosť [81, 82]. Aj keď tieto zistenia naznačujú zapojenie trvalej aktivácie, priamy vplyv trvalej aktivity mGlus na reguláciu synaptického prenosu ešte nebol stanovený.

10. Záver

Konštitutívna aktivita mGlu hrá rozhodujúcu úlohu v reakciách neurónov. Napojenie mGlus na efektorové molekuly vrátane G proteínov alebo β-arrestins nielen sprostredkúva downstream efektory, ale určuje aj aktivitu samotného mGlus. Tieto efektory spájajúce sa s mGlus a aktivácia po následných dráhach by mohla byť modulovaná recipročnými interakciami medzi väzbovými molekulami vrátane kináz, fosfatáz a proteínov. Navrhujeme, aby Homerove proteíny, ERK1/2 MAPK, a β-arestín sa navzájom ovplyvňujú a regulujú konštitučnú aktivitu mGlu. Táto regulácia by nastala v internalizovanom mGlu po dostatočnej aktivácii receptora a C-koncová väzba na interagujúce molekuly by modulovala implementáciu downstream signalizácie.

Konflikt záujmov

Autori vyhlasujú, že v súvislosti s publikovaním tohto článku neexistuje konflikt záujmov.

Referencie

  1. C. M. Gladding, S. M. Fitzjohn a E. Molnar, „Dlhodobá depresia sprostredkovaná metabotropným glutamátovým receptorom: molekulárne mechanizmy“, Farmakologické prehľady, zv. 61, č. 4, s. 395–412, 2009. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  2. C. Lüscher a K. M. Huber, "Skupina 1 mGluR-dependentná synaptická dlhodobá depresia: mechanizmy a dôsledky pre obvody a choroby," Neuron, zv. 65, č. 4, s. 445–459, 2010. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  3. S. S. Willard a S. Koochekpour, "Glutamát, glutamátové receptory a downstream signálne dráhy," International Journal of Biological Sciences, zv. 9, č. 9, s. 948–959, 2013. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  4. T. M. Piers, D. H. Kim, B. C. Kim, P. Regan, D. J. Whitcomb a K. Cho, „Translačné koncepty mGluR5 pri synaptických ochoreniach mozgu“, Hranice farmakológie, zv. 3, str. 199, 2012. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  5. H. Wang a M. Zhuo, "Génová transkripcia sprostredkovaná metabotropným glutamátovým receptorom skupiny I a dôsledky pre synaptickú plasticitu a choroby," Hranice farmakológie, zv. 3, str. 189, 2012. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  6. C. M. Niswender a P. J. Conn, „Metabotropné glutamátové receptory: fyziológia, farmakológia a choroba“, Ročný prehľad farmakológie a toxikológie, zv. 50, č. 1, s. 295–322, 2010. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  7. G. Corder, S. Doolen, R. R. Donahue a kol., „Konštitutívna aktivita μ-opioidného receptora vedie k dlhodobej endogénnej analgézii a závislosti,“ Veda, zv. 341, č. 6152, s. 1394–1399, 2013. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  8. C. T. Gilliland, C. L. Salanga, T. Kawamura, J. Trejo a T. M. Handel: „Chemokínový receptor CCR1 je konštitutívne aktívny, čo vedie k nezávislému od G proteínu, β-internalizácia sprostredkovaná väzbou, Journal of Biological Chemistry, zv. 288, č. 45, s. 32194–32210, 2013. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  9. T. ARB, B. Plouffe, T. J. Cahill 3rd a kol., „GPCR-G proteín-β-arestínový superkomplex sprostredkováva trvalú signalizáciu G proteínu, Bunka, zv. 166, č. 4, s. 907–919, 2016. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  10. F. J. Meye, G. M. J. Ramakers a R. A. H. Adan, "Životne dôležitá úloha konštitutívnej aktivity GPCR v mezolimbickom dopamínovom systéme." Translačná psychiatria, zv. 4, č. 2, str. e361, 2014. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  11. L. Fagni, F. Ango, L. Prezeau, P. F. Worley, J.-P. Pin a J. Bockaert, "Konštitutívna aktivita metabotropných glutamátových receptorov Homerovými proteínmi," Séria medzinárodných kongresov, zv. 1249, s. 245–251, 2003. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  12. I. Panaccione, R. King, G. Molinaro a kol., "Konštitutívne aktívne receptory mGlu skupiny I a PKMzeta regulujú synaptický prenos vo vývoji peririnálneho kortexu," Neurofarmakológia, zv. 66, s. 143–150, 2013. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  13. F. Ango, L. Prézeau, T. Muller a kol., „Agonista-nezávislá aktivácia metabotropných glutamátových receptorov intracelulárnym proteínom Homerom“, Príroda, zv. 411, s. 962–965, 2001. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  14. S. R. Young, S.-C. Chuang, W. Zhao, R. K. S. Wong a R. Bianchi, „Pretrvávajúca aktivita receptora je základom bunkovej plasticity sprostredkovanej mGluR skupiny I v neuróne CA3,“ Journal of Neuroscience, zv. 33, č. 6, s. 2526–2540, 2013. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  15. S. R. Young, R. Bianchi a R. K. S. Wong, "Signalizačné mechanizmy, ktoré sú základom pretrvávajúcej supresie AHP indukovanej mGluR v CA3 hipokampálnych neurónoch" Journal of Neurophysiology, zv. 99, č. 3, s. 1105–1118, 2008. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  16. L. J. Stoppel, B. D. Auerbach, R. K. Senter, A. R. Preza, R. J. Lefkowitz a M. F. Bear, “β-Arrestin2 spája metabotropný glutamátový receptor 5 so syntézou neuronálnych proteínov a je potenciálnym cieľom pri liečbe krehkého X,“ Prehľady buniek, zv. 18, č. 12, s. 2807–2814, 2017. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  17. A. G. Eng, D. A. Kelver, T. P. Hedrick a G. T. Swanson, „Transdukcia synaptickej plasticity sprostredkovanej mGluR skupiny I β-signalizácia zatknutia2, Prírodné komunikácie, zv. 7, str. 13571, 2016. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  18. K. A. Newell a N. Matosin, „Prehodnotenie patologických nálezov metabotropného glutamátového receptora 5 pri psychiatrických poruchách: dôsledky pre budúcnosť nových terapeutík“, BMC Psychiatria, zv. 14, č. 1, str. 23, 2014. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  19. R. Bianchi, S.-C. Chuang, W. Zhao, S. R. Young a R. K. S. Wong, "Bunečná plasticita pre epileptogenézu sprostredkovanú mGluR skupiny I." Journal of Neuroscience, zv. 29, č. 11, s. 3497–3507, 2009. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  20. T. J. Cahill 3rd, A. R. Thomsen, J. T. Tarrasch a kol., „Odlišné konformácie GPCR–β-arestínové komplexy sprostredkovávajú desenzibilizáciu, signalizáciu a endocytózu,“ Zborník Národnej akadémie vied, zv. 114, č. 10, s. 2562–2567, 2017. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  21. S. L. Ritter a R. A. Hall, „Jemné doladenie aktivity GPCR proteínmi interagujúcimi s receptormi“, Nature Reviews Molecular Cell Biology, zv. 10, č. 12, s. 819–830, 2009. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  22. D. Lodge, P. Tidball, M. S. Mercier a kol., "Antagonisti reverzibilne zvrátia chemickú LTD indukovanú metabotropnými glutamátovými receptormi skupiny I, skupiny II a skupiny III." Neurofarmakológia, zv. 74, s. 135–146, 2013. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  23. N. C. Tronson, Y. F. Guzman, A. L. Guedea a kol., „Interakcie metabotropného glutamátového receptora 5/Homer sú základom stresových účinkov na strach“, Biologická psychiatria, zv. 68, č. 11, s. 1007–1015, 2010. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  24. K. Talavera, B. Nilius a T. Voets, „Neurálne kanály TRP: teplomery, pátrače a záchrancovia života,“ Trendy v neurovedách, zv. 31, č. 6, s. 287–295, 2008. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  25. H. Wang, B. Wang, K. P. Normoyle a kol., „Teplota mozgu a jej základné vlastnosti: prehľad pre klinických neurovedcov“, Hranice v neurovede, zv. 8 str. 307, 2014. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  26. M. G. Frank, „Cirkadiánska regulácia synaptickej plasticity“, Biológia, zv. 5, č. 3, 2016. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  27. J. A. Ronesi, K. A. Collins, S. A. Hays a kol., „Narušené Homerove lešenia sprostredkúvajú abnormálnu funkciu mGluR5 v myšom modeli syndrómu fragilného X,“ Prírodná neuroveda, zv. 15, č. 3, s. 431–440, 2012. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  28. M. Yanagawa, T. Yamashita a Y. Shichida, „Aktivačný spínač v transmembránovej doméne metabotropného glutamátového receptora“, Molekulárna farmakológia, zv. 76, č. 1, s. 201–207, 2009. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  29. P. Malherbe, N. Kratochwil, F.Knoflach a kol., "Mutačná analýza a molekulárne modelovanie alosterického väzbového miesta nového, selektívneho, nekompetitívneho antagonistu metabotropného glutamátového receptora 1," The Journal of Biological Chemistry, zv. 278, č. 10, s. 8340–8347, 2003. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  30. B. Xiao, J. C. Tu a P. F. Worley, „Homer: prepojenie medzi nervovou aktivitou a funkciou glutamátového receptora,“ Súčasný názor v neurobiológii, zv. 10, č. 3, s. 370–374, 2000. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  31. B. Xiao, J. C. Tu, R. S. Petralia a kol., „Homer reguluje asociáciu metabotropných glutamátových receptorov skupiny 1 s multivalentnými komplexmi synaptických proteínov súvisiacich s Homerom,“ Neuron, zv. 21, č. 4, s. 707–716, 1998. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  32. Y. Shiraishi-Yamaguchi a T. Furuichi, „Proteíny rodiny Homer“, biológia genómu, zv. 8, č. 2, str. 206, 2007. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  33. P. R. Brakeman, A. A. Lanahan, R. O'Brien a kol., "Homer: proteín, ktorý selektívne viaže metabotropné glutamátové receptory," Príroda, zv. 386, č. 6622, s. 284–288, 1997. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  34. Y. Wang, W. Rao, C. Zhang a kol., „Scaffolding proteín Homer1a chráni pred poškodením neurónov vyvolaným NMDA“, Bunková smrť a choroba, zv. 6, č. 8 str. e1843, 2015. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  35. K. Yamamoto, Y. Sakagami, S. Sugiura, K. Inokuchi, S. Shimohama a N. Kato, "Homer 1a zvyšuje prítok vápnika vyvolaný hrotmi cez vápnikové kanály typu L v neokortexových pyramídových bunkách." European Journal of Neuroscience, zv. 22, č. 6, s. 1338–1348, 2005. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  36. Y. Sakagami, K. Yamamoto, S. Sugiura, K. Inokuchi, T. Hayashi a N. Kato, „Základné úlohy Homera-1a v homeostatickej regulácii excitability pyramidálnych buniek: možná súvislosť s klinickými výhodami elektrokonvulzívneho šoku, “ European Journal of Neuroscience, zv. 21, č. 12, s. 3229–3239, 2005. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  37. L. Yang, L. Mao, Q. Tang, S. Samdani, Z. Liu a JQ Wang, „Nová signálna dráha nezávislá od Ca2+ k proteínkináze regulovanej extracelulárnym signálom koaktiváciou receptorov NMDA a metabotropného glutamátového receptora 5 v neurónoch,“ Journal of Neuroscience, zv. 24, č. 48, s. 10846–10857, 2004. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  38. L. Mao, L. Yang, Q. Tang, S. Samdani, G. Zhang a J. Q. Wang, „Scaffoldový proteín Homer1b/c spája metabotropný glutamátový receptor 5 s extracelulárnym signálom regulovanými proteínkinázovými kaskádami v neurónoch“. Journal of Neuroscience, zv. 25, č. 10, s. 2741–2752, 2005. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  39. P. F. Worley, W. Zeng, G. Huang a kol., „Homerové proteíny v signalizácii Ca2+ excitabilnými a neexcitovateľnými bunkami,“ Bunkový vápnik, zv. 42, č. 4-5, s. 363–371, 2007. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  40. A. Tappe, M. Klugmann, C. Luo a kol., „Synaptický skeletový proteín Homer1a chráni pred chronickou zápalovou bolesťou,“ Prírodná medicína, zv. 12, č. 6, s. 677–681, 2006. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  41. I. Minami, M. Kengaku, P. S. Smitt, R. Shigemoto a T. Hirano, "Dlhodobé zosilnenie aktivity mGluR1 depolarizáciou indukovanou Homer1a v myšacích cerebelárnych Purkyňových neurónoch." European Journal of Neuroscience, zv. 17, č. 5, s. 1023–1032, 2003. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  42. J. C. Tu, B. Xiao, J. P. Yuan a kol., „Homer viaže nový motív bohatý na prolín a spája metabotropné glutamátové receptory skupiny 1 s receptormi IP3,“ Neuron, zv. 21, č. 4, s. 717–726, 1998. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  43. H. Abe, T. Misaka, M. Tateyama a Y. Kubo, „Účinky koexpresie s izoformami Homera na funkciu metabotropného glutamátového receptora 1α,“ Molekulárne a bunkové neurovedy, zv. 23, č. 2, s. 157–168, 2003. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  44. J. H. Hu, L. Yang, P. J. Kammermeier a kol., "Preso1 dynamicky reguluje metabotropné glutamátové receptory skupiny I." Prírodná neuroveda, zv. 15, č. 6, s. 836–844, 2012. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  45. P. Crépieux, A. Poupon, N. Langonné-Gallay a kol., „Komplexný pohľad na β-zatknutie,“ Hranice v endokrinológii, zv. 8 str. 32, 2017. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  46. Y. K. Peterson a L. M. Luttrell, "Rôzne úlohy arestinových skeletov v signalizácii receptora spojeného s G proteínom," Farmakologické prehľady, zv. 69, č. 3, s. 256–297, 2017. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  47. A. C. Magalhaes, H. Dunn a S. S. G. S. Ferguson, „Regulácia aktivity GPCR, prenos a lokalizácia proteínmi interagujúcimi s GPCR“, British Journal of Pharmacology, zv. 165, č. 6, s. 1717–1736, 2012. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  48. A. Eng, T. Hedrick a G. Swanson, „mGluR1-β-signalizácia arerestínu 2 sprostredkúva indukciu excitačnej synaptickej plasticity,“ Žurnál FASEB, zv. 29, Supplement 1, pp. 934-935, 2015. Zobraziť na: Google Scholar
  49. P. Benquet, C. E. Gee a U. Gerber, "Dve odlišné signálne dráhy zvyšujú reguláciu NMDA receptorových reakcií prostredníctvom dvoch odlišných podtypov metabotropných glutamátových receptorov." Journal of Neuroscience, zv. 22, č. 22, s. 9679–9686, 2002. Zobraziť na: Google Scholar
  50. U. Gerber, C. E. Gee a P. Benquet, "Metabotropné glutamátové receptory: intracelulárne signálne dráhy," Súčasný názor vo farmakológii, zv. 7, č. 1, s. 56–61, 2007. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  51. R. H. Oakley, S. A. Laporte, J. A. Holt, M. G. Caron a L. S. Barak, „Diferenciálne afinity vizuálneho arestínu, βzatknutie1 a βArestín2 pre receptory spojené s G proteínom vymedzujú dve hlavné triedy receptorov. Journal of Biological Chemistry, zv. 275, č. 22, s. 17201–17210, 2000. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  52. G. W. Hubert, M. Paquet a Y. Smith, "Diferenciálna subcelulárna lokalizácia mGluR1a a mGluR5 u potkanov a opíc substantia nigra," Journal of Neuroscience, zv. 21, č. 6, s. 1838–1847, 2001. Zobraziť na: Google Scholar
  53. K. Vincent, V. M. Cornea, Y.-J. I. Jong a kol., "Intracelulárny mGluR5 hrá rozhodujúcu úlohu pri neuropatickej bolesti," Prírodné komunikácie, zv. 7, článok 10604, 2016. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  54. C. a Purgert, Y. Izumi, Y.-J. I. Jong, V. Kumar, C. F. Zorumski a K. L. O’Malley, „Intracelulárny mGluR5 môže sprostredkovať synaptickú plasticitu v hipokampe,“ Journal of Neuroscience, zv. 34, č. 13, s. 4589–4598, 2014. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  55. Y.-J. I. Jong, V. Kumar a K. L. O’Malley, „Intracelulárny metabotropný glutamátový receptor 5 (mGluR5) aktivuje signálne kaskády odlišné od náprotivkov na povrchu buniek,“ The Journal of Biological Chemistry, zv. 284, č. 51, s. 35827–35838, 2009. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  56. V. Kumar, P. G. Fahey, Y.-J. I. Jong, N. Ramanan a K. L. O’Malley, „Aktivácia intracelulárneho metabotropného glutamátového receptora 5 v striatálnych neurónoch vedie k up-regulácii génov spojených s trvalým synaptickým prenosom vrátane proteínu arc/Arg3.1,“ Journal of Biological Chemistry, zv. 287, č. 8, s. 5412–5425, 2012. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  57. H. Eishingdrelo a S. Kongsamut, „Minireview: zacielenie na cesty ERK aktivované GPCR na objavovanie liekov,“ Súčasná chemická genomika a translačná medicína, zv. 7, s. 9–15, 2013. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  58. B. Zimmerman, M. Simaan, M.-Y. Akoume a kol., „Úloha βarestínov v signalizácii sprostredkovanej receptorom bradykinínu B2“, Mobilná signalizácia., zv. 23, č. 4, s. 648–659, 2011. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  59. E. Cassier, N. Gallay, T. Bourquard a kol., „Phosphorylation of β-arrestin2 na Thr 383 podľa MEK β- aktivácia Erk1/2 závislá od arestínu pomocou GPCR, eLife, zv. 6, 2017. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  60. E. Khoury, L. Nikolajev, M. Simaan, Y. Namkung a S. A. Laporte, „Diferenciálna regulácia endozomálneho GPCR/β-zatýkacie komplexy a obchodovanie zo strany MAPK,“ The Journal of Biological Chemistry, zv. 289, č. 34, s. 23302–23317, 2014. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  61. A. Beautrait, J. S. Paradis, B. Zimmerman a kol., „Nový inhibítor β-arestín/AP2 endocytický komplex odhaľuje súhru medzi internalizáciou GPCR a signalizáciou,“ Prírodné komunikácie, zv. 8, článok 15054, 2017. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  62. F. T. Lin, W. E. Miller, L. M. Luttrell a R. J. Lefkowitz, „Regulácia spätnou väzbou β-funkcia arerestínu1 kinázami regulovanými extracelulárnym signálom,“ The Journal of Biological Chemistry, zv. 274, č. 23, s. 15971–15974, 1999. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  63. J. S. Paradis, S. Ly, É. Blondel-Tepaz a kol., „Sekvestrácia receptorov v reakcii na βFosforylácia arerestínu-2 pomocou ERK1/2 riadi ustálené hladiny expresie GPCR na bunkovom povrchu, Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických, zv. 112, č. 37, s. E5160–E5168, 2015. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  64. S. M. Gallagher, C. A. Daly, M. F. Bear a K. M. Huber, „Aktivácia proteínkinázy regulovaná extracelulárnym signálom je potrebná na dlhodobú depresiu závislú od metabotropného glutamátového receptora v hipokampálnej oblasti CA1,“ Journal of Neuroscience, zv. 24, č. 20, s. 4859–4864, 2004. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  65. J. D. Sweatt, „Mitogénom aktivované proteínkinázy v synaptickej plasticite a pamäti“, Súčasný názor v neurobiológii, zv. 14, č. 3, s. 311–317, 2004. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  66. R. J. Kelleher, A. Govindarajan, H.-Y. Jung, H. Kang a S. Tonegawa, „Kontrola translácie pomocou signalizácie MAPK v dlhodobej synaptickej plasticite a pamäti,“ Bunka, zv. 116, č. 3, s. 467–479, 2004. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  67. S. Coffa, M. Breitman, S. M. Hanson a kol., "Účinok konformácie arestínu na aktiváciu c-Raf1, MEK1 a ERK1/2," PLoS One, zv. 6, č. 12, článok e28723, 2011. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  68. L. M. Luttrell, F. L. Roudabush, E. W. Choy a kol., „Aktivácia a zacielenie kináz regulovaných extracelulárnym signálom β-zaistenie lešení,“ Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických, zv. 98, č. 5, s. 2449–2454, 2001. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  69. L.-M. Mao a J. Q. Wang, „Regulácia metabotropných glutamátových receptorov skupiny I pomocou MAPK/ERK v neurónoch“, Journal of Nature and Science, zv. 2, č. 12, 2016. Zobraziť na: Google Scholar
  70. L. R. Orlando, R. Ayala, L. R. Kett a kol., "Fosforylácia domény viažucej homer metabotropných glutamátových receptorov skupiny I cyklín-dependentnou kinázou 5," Journal of Neurochemistry, zv. 110, č. 2, s. 557–569, 2009. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  71. K. Rosenblum, M. Futter, K. Voss a kol., "Úloha extracelulárne regulovaných kináz I/II v neskorej fáze dlhodobej potenciácie," Journal of Neuroscience, zv. 22, č. 13, s. 5432–5441, 2002. Zobraziť na: Google Scholar
  72. S.-R. Jung, C. Kushmerick, J. B. Seo, D.-S. Koh a B. Hille, „Muskarínový receptor reguluje kinázu regulovanú extracelulárnym signálom dvoma spôsobmi väzby arestínu,“ Zborník Národnej akadémie vied, zv. 114, č. 28, s. E5579–E5588, 2017. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  73. E. K. Osterweil, D. D. Krueger, K. Reinhold a M. F. Bear, „Precitlivenosť na mGluR5 a ERK1/2 vedie k nadmernej syntéze proteínov v hipokampe myšacieho modelu syndrómu fragilného X,“ Journal of Neuroscience, zv. 30, č. 46, s. 15616–15627, 2010. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  74. H.-H. Ryu a Y.-S. Lee, "Úlohy signalizácie RAS-MAPK špecifické pre bunkový typ v učení a pamäti: dôsledky na neurovývojové poruchy," Neurobiológia učenia a pamäte, zv. 135, s. 13–21, 2016. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  75. J. Min, „Molekulárny mechanizmus aktivácie ERK závislej od beta-arestínu downstream od receptora-2 aktivovaného proteázou“, 2011, http://www.escholarship.org/uc/item/95084710. Zobraziť na: Študovňa Google
  76. J. A. Ronesi a K. M. Huber, „Homerove interakcie sú nevyhnutné pre dlhodobú depresiu a transláciu vyvolanú metabotropným glutamátovým receptorom,“ Journal of Neuroscience, zv. 28, č. 2, s. 543–547, 2008. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  77. A. C. Emery, S. Pshenichkin, G. R. Takoudjou, E. Grajkowska, B. B. Wolfe a J. T. Wroblewski, „Ochranná signalizácia metabotropného glutamátového receptora 1 je sprostredkovaná trvalou, β- fosforylácia ERK závislá od arestínu-1, Journal of Biological Chemistry, zv. 285, č. 34, s. 26041–26048, 2010. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  78. R. Rong, J.-Y. Ahn, H. Huang a kol., „Komplex zosilňovača kinázy PI3-Homer spája mGluRI s kinázou PI3, čím bráni apoptóze neurónov,“ Prírodná neuroveda, zv. 6, č. 11, s. 1153–1161, 2003. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  79. A. Tappe-Theodor, Y. Fu, R. Kuner a V. Neugebauer, „Signalizácia Homer1a v amygdale pôsobí proti synaptickej plasticite súvisiacej s bolesťou, funkcii mGluR1 a správaniu bolesti,“ Molekulárna bolesť, zv. 7, str. 38, 2011. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  80. I. Obara, S. P. Goulding, J.-H. H. Hu, M. Klugmann, P. F. Worley a K. K. Szumlinski, "Zmeny vyvolané nervovým poškodením v signalizácii Homer/glutamátového receptora prispievajú k rozvoju a udržiavaniu neuropatickej bolesti." Bolesť, zv. 154, č. 10, s. 1932–1945, 2013. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  81. K. K. Szumlinski, M. H. Dehoff, S. H. Kang a kol., „Homerské proteíny regulujú citlivosť na kokaín,“ Neuron, zv. 43, č. 3, s. 401–413, 2004. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google
  82. K. K. Szumlinski, K. E. Abernathy, E. B. Oleson a kol., „Homerové izoformy rozdielne regulujú neuroplasticitu vyvolanú kokaínom“, Neuropsychofarmakológia, zv. 31, č. 4, s. 768–777, 2006. Zobraziť na: Stránka vydavateľa | Študovňa Google

Autorské práva

Copyright © 2017 Geehoon Chung a Sang Jeong Kim. Toto je článok s otvoreným prístupom distribuovaný pod licenciou Creative Commons Attribution License, ktorá umožňuje neobmedzené používanie, distribúciu a reprodukciu na akomkoľvek médiu za predpokladu, že pôvodné dielo je správne citované.


Purinergné receptory spúšťajúce IKS v nervovom systéme a nervovú diferenciáciu

Mnohé zo signálnych transdukčných dráh, ktoré riadia bunkový metabolizmus, prežitie a diferenciáciu, sú aktivované zvýšením [Ca2+ i hladiny po aktivácii purinergných receptorov. Okrem toho mnohé experimentálne údaje poukazujú na základné funkcie purinergickej signalizácie pri nervovej diferenciácii a vývoji mozgu. Je dobre známe, že aktivácia purinergných receptorov spúšťa [Ca2+ i prechodné javy, ktoré sa podieľajú na vývojových procesoch embrya [30, 31]. Priekopnícke štúdie Nicholasa Spitzera, že pokrok v neurogenéze a určovaní fenotypu, ako je špecifikácia neurotransmiterov, je kódovaný prirodzene sa vyskytujúcimi vzormi [Ca2+ i prechodné, sú v súlade so základnými funkciami signalizácie purinergných receptorov pre vývoj kôry. Ako je podrobne uvedené vyššie, receptory P2X indukciou prítoku Ca2+ generujú opakujúce sa [Ca2+ i prechodné javy vo forme hrotov s aktiváciou RYR, zatiaľ čo receptory P2Y pôsobia prostredníctvom IP3-indukovaného intracelulárneho uvoľňovania Ca2+, ktoré sa potom šíri vo forme vlny (obrázok 1).

Oscilácie [Ca 2+ ] ihladiny a purinergné receptory. Ionotropné receptory P2X spúšťajú skoky vápnika charakterizované amplitúdami a frekvenciou (A), zatiaľ čo metabotropné receptory P2Y indukujú vápnikové vlny s nižšími amplitúdami a frekvenciami (B). Receptory P2X sa skladajú z troch podjednotiek, z ktorých každá má dve transmembránové slučky. Metabotropné P2Y receptory spojené s G proteínom sa skladajú zo 7 transmembránových slučiek.

Ionotropné purinergné receptory sa tiež podieľajú na regulácii neurálnej proliferácie a neurogenézy indukciou vápnikových skokov. V zhode sa expresia podjednotiek receptora P2X2 a P2X6 zvýšila spolu s obohatením neurónov počas diferenciácie embryonálneho telencephalonu potkanov [32]. Napríklad sa predpokladá, že aktivita P2X receptora sa podieľa na hipokampálnej neurogenéze indukciou proliferácie hipokampálnych progenitorových buniek [33]. Receptor P2X7 sa zvyčajne podieľa na tvorbe pórov, ale jeho hojná prítomnosť v synaptickej štruktúre naznačuje úlohu pri vytváraní synaptickej plasticity [26]. Niektoré experimentálne údaje naznačujú, že uvoľňovanie ATP a amplifikáciu astrocytickej intercelulárnej Ca2+ signalizácie sprostredkúvajú skôr receptory P2X7 než konexínové hemikanály [34]. Vzhľadom na to bude stáť za to študovať účasť receptorov P2X7 na riadení migrácie a neurogenézy, ako je to ukázané pre receptory P2Y1 v radiálnych gliových bunkách počas vývoja kôry [6].

Ionotropné purinergné receptory sa tiež podieľali na progresii diferenciácie pluripotentného P19 CSC a určovaní nervového fenotypu. Funkcie podtypov receptora P2X2 a P2X7 v podmienkach down-regulácie expresie receptorového génu boli študované stabilnou interferenciou RNA.Zníženie expresie receptora P2X2 pozdĺž nervovej diferenciácie viedlo k zníženej expresii expresie β-3-tubulínu, čo naznačuje interferenciu s postupom neurogenézy. Na druhej strane expresia a aktivita receptora P2X7 súvisela s indukciou proliferácie a gliogenézy, pretože trvalá interferencia RNA receptora P2X7 mala za následok zníženú inkorporáciu 5'-bróm-2'-deoxyuridínu (BrdU) a expresiu gliálneho fibrilárneho kyslého (GFAP) proteínu [35] (pozri obrázok 2 pre komplexnú schému implikácie metabotropných a ionotropných purinergných receptorov pri indukcii proliferácie a diferenciácie P19 CSC).

Funkcie podtypov receptorov P2X a P2Y v biológii kmeňových buniek. Receptory P2Y1 a P2Y2 regulujú proliferáciu pluripotentných kmeňových buniek, ako sa študovalo s použitím buniek embryonálneho karcinómu P19 ako in vitro Model. Receptory P2Y2 a ​​P2Y1 podporujú proliferáciu a nervovú diferenciáciu pluripotentných a nervových progenitorových buniek. Receptory P2Y2, P2X2 a P2X7 sa podieľajú na neskoršej diferenciácii a určení nervového fenotypu. Úrovne expresie/aktivity receptora P2X2 a P2X7 poskytujú ďalšiu zmenu pre neurónový alebo gliový osud diferenciácie buniek P19. Šípky označujú zvýšenie alebo zníženie hladiny receptorovej expresie a aktivity v príslušných štádiách diferenciácie [36].

Naše laboratórium ukázalo, že úplná a alternatívne zostrihaná forma myšacieho génu receptora P2X6 sa exprimuje v myšom P19 CSC, in vitro model včasnej neuroektodermálnej diferenciácie. Skrátená alternatívne zostrihaná forma bola prítomná v nediferencovanom štádiu P19 CSC a bola prevládajúca v porovnaní s plnou formou počas celého priebehu neuronálnej diferenciácie týchto buniek [37], čo naznačuje, že zostrih by mohol poskytnúť mechanizmus regulácie podjednotky P2X6. expresia a tvorba funkčných receptorov P2X s príspevkom podjednotky P2X6.

Zapojenie týchto receptorov do ATP-indukovaného [Ca2+]i prechodné stavy sa skúmali vo farmakologických štúdiách. Okrem toho embryonálny P19 CSC exprimoval rôzne ďalšie funkčné podtypy vrátane receptorov P2Y1, P2Y2 a ​​P2X4 alebo P2X-heteromultimerických receptorov. V neurónovo diferencovaných bunkách boli P2Y2, P2Y6, P2X2 a možno aj P2X2/P2X6 heteromérne receptory hlavnými mediátormi purinergných receptorov sprostredkovaných [Ca2+]i nadmorské výšky.

Aktiváciou receptora P2Y1 vzniká [Ca2+ i prechodné javy, ktoré sa potom šíria vo vlnovej forme cez susedné bunky medzerovými spojeniami a konexínovými 43-hemikanálmi, čo vedie k synchronizácii bunkového cyklu migrujúcich nervových progenitorov a radiálnych gliových buniek v subventrikulárnej zóne na rozvoj kortexu [6]. Ukázalo sa tiež, že ATP indukuje proliferáciu ľudských nervových kmeňových buniek (NSC) kultivovaných z telencefalonových tkanív z embrya v 15-týždňovom gestačnom veku [38]. P2Y1 sprostredkovaný receptorom [Ca2+ i prechodné javy viedli k aktivácii proteínkinázy II (CaMKII) závislej od Ca2+/kalmodulínu (CAM) v bunkových somách a neuritoch neurónov cerebelárnych granúl, po ktorej nasledovala fosforylácia proteínu viažuceho proteín (CREB) cAMP/Ca2+ a modulácia génovej transkripcie [39]. Neurotrofické účinky, aké boli pozorované v bunkách Neuro2A, boli vyvolané signalizáciou receptora P2Y1 [40]. Tu nízkofrekvenčné globálne a lokálne prechody Ca2+ indukované aktiváciou purinergného receptora počas skorých štádií diferenciácie nervových progenitorových buniek podporili rast neuritov a nástup špecifikácie fenotypu GABAergického neurotransmitera. Prekvapivo, spontánne Ca 2+ signály v jednotlivých prekurzoroch neboli synchronizované s Ca 2+ prechodnými javmi v okolitých bunkách, čo naznačuje existenciu odlišnej dráhy, ktorá nezávisí od medzibunkovej Ca 2+ signalizácie sprostredkovanej konexínom 43-hemikanálom [41].

Vápnikové ióny tiež hrajú dôležitú úlohu pri proliferácii a diferenciácii hMSC. Spontánne [Ca 2+ i oscilácie sa vyskytujú bez stimulácie agonistom v hMSC. Tieto [Ca 2+ i prechodné sú sprostredkované IP3-indukovaným uvoľňovaním Ca2+ a riadené autokrinnou/parakrinnou signálnou dráhou, v ktorej je ATP vylučovaný cez hemi-gap junction kanál a potom stimuluje P2Y1 čo vedie k aktivácii PLC-β na produkciu IP3. Ďalej [Ca 2+ i oscilácie sú spojené s translokáciou nukleárneho faktora aktivovaných T-buniek (NFAT) do jadra nediferencovaných hMSC, čo poskytuje novú úlohu pre [Ca2+ i oscilácie v takýchto kmeňových bunkách [42].

Podtyp receptora P2Y2, ďalší purinergný receptor zapojený do neurálnej diferenciácie, ktorý aktivuje PLC-β, intracelulárne uvoľňovanie Ca 2+ a medzibunkové Ca 2+ vlny, dôležité pre embryonálny vývoj [43]. V prípade nervových kmeňových buniek však Lin a spolupracovníci [44] opísali, že proliferácia nervových progenitorov je modulovaná autokrinnou slučkou. Tieto bunky uvoľňujú ATP a tým aktivujú receptory P2Y na udržanie proliferácie. K blokáde proliferácie a indukcii nervovej diferenciácie došlo len vtedy, keď bola antagonizovaná aktivita purinergných receptorov a [Ca2+ i prechodné javy sa zmenšili.

V nediferencovanom P19 CSC vyvolal ATP zrýchlenie proliferácie prostredníctvom aktivácie receptora P2Y1 a P2Y2. P19 CSC, ktorý postúpil do progenitorového štádia, odhalil down-regulovanú expresiu P2Y1 receptora, zatiaľ čo aktivácia IP3-senzitívnych intracelulárnych Ca2+ zásob bola sprostredkovaná P2Y2 receptormi. Progresia diferenciácie neurónov a prechodu fenotypu sa stanovila analýzou hladín expresie génu pre nestín a neurón-špecifickú enolázu a proteínov [27, 45].


Závery

V súčasnosti boli objavené homológy 75 % všetkých génov ľudských chorôb Drosophila na takmer 600 lokusoch, čo ešte viac podčiarkuje význam múch pre biológiu človeka [277, 278]. To naznačuje Drosophila môže byť aj naďalej vynikajúcim modelom na štúdium molekúl a procesov s blízkymi analógmi na ľudskej synapsii pri použití nástrojov a metód, ktoré nemusia byť tak ľahko dostupné alebo účinné vo vyšších organizmoch. Dá sa očakávať, že kľúčové poznatky o synaptickej biológii a konektivite budú aj naďalej vychádzať zo štúdií NMJ lariev, ako aj z ďalších synaptických kontextov, ako je vizuálny systém dospelých múch a NMJ embryí múch a larvy v skoršom štádiu. Potenciál modelových systémov ako napr Drosophilav kombinácii s neustále sa zrýchľujúcimi inováciami v experimentálnych a analytických technikách predznamenáva vzrušujúce kroky vpred pri riešení základných otázok modernej neurobiológie.


Pozri si video: Introdução a biologia do desenvolvimento (Smieť 2022).


Komentáre:

  1. Macdougal

    not too long!

  2. Rane

    Aká fráza...

  3. Kody

    To each according to his capabilities, from each according to his needs, or whatever it was written by Karl Marx

  4. Judy

    Anything similar.



Napíšte správu