Молекулярная биология

  • Глюкокортикоид-опосредованные механизмы повреждения гиппокампа: вклад в субгранулярный нейрогенез

    Механизм повреждения гиппокампа

    Сотрудники Лаборатории функциональной биохимии нервной системы представили исчерпывающий обзор взаимодействия между глюкокортикоидами (ГК) и нейрогенезом гиппокампа взрослых (AHN) в контексте больного мозга. Рассмотрены эффекторы ГК в нейрогенной нише зубчатой ​​извилины гиппокампа и обсуждаются последствия передачи сигналов ГК на генерацию и интеграцию новых нейронов. Рассмотрены недавние открытия, демонстрирующие, как передача сигналов ГК опосредует нарушения AHN при различных патологиях головного мозга. ГК-опосредованные эффекты на генерацию и интеграцию взрослых нейронов в зубчатой ​​извилине гиппокампа зависят от природы, тяжести и продолжительности действующего стрессового фактора. ГК реализуют свое влияние на АГН в первую очередь через специфические глюкокортикоидные и минералокортикоидные рецепторы. Нарушение реципрокной регуляции между осью гипоталамус-гипофиз-надпочечники (HPA) и генерацией зернистых нейронов, рожденных взрослыми, в настоящее время считается ключевым механизмом, вовлекающим AHN в патогенез многих заболеваний головного мозга, в том числе тех, которые не имеют прямого повреждение гиппокампа. Эти изменения варьируются от уменьшения пролиферации стволовых клеток и клеток-предшественников до повышенной гибели клеток и аномалий морфологии, связности и локализации молодых нейронов. Хотя участие взаимной регуляции между осью HPA и AHN в патогенезе когнитивных нарушений и нарушений настроения очевидно, отмечается несколько нерешенных критических вопросов. Понимание деталей ГК-опосредованных механизмов, вовлеченных в изменения в AHN, может позволить идентифицировать молекулярные мишени для улучшения вызванного патологией дисбаланса во взаимной регуляции оси HPA / AHN ​​для преодоления когнитивных и психических нарушений.

  • Гиперглутаматергическая сигнализация в гиппокампе: раннее нацеливание на нейротрансмиссию глутамата как профилактическая стратегия при болезни Альцгеймера

    Сотрудники Лаборатории функциональной биохимии нервной системы осветили замечательное исследование в текущем выпуске Journal of Neurochemistry, в котором Хаскап и его коллеги предоставляют новые данные, показывающие, что рилузол, антиглутаматергический препарат, может быть многообещающей стратегией раннего вмешательства при болезни Альцгеймера (БА), направленной на восстановление нейротрансмиссия глутамата до накопления бляшек бета-амилоида (Aβ) и снижения когнитивных функций. Мыши APP / PS1, модель БА, изначально когнитивно нормальны, но имеют повышенное высвобождение глутамата в гиппокампе в возрасте 2–4 месяцев. Они начинают демонстрировать снижение когнитивных функций и накопление бляшек Aβ примерно в возрасте 6-8 месяцев, а также очевидную невропатологию БА и когнитивные нарушения в 10-12 месяцев. Лечение рилузолом в течение 4 месяцев (в возрасте 2–6 месяцев), направленное на ранние изменения глутаматергической нейротрансмиссии, предотвращает снижение когнитивных функций, наблюдаемое в возрасте 12 месяцев, и восстанавливает глутаматергическую нейротрансмиссию. Это одно из наиболее убедительных доклинических данных, подтверждающих идею нацеливания нейротрансмиссии глутамата у пациентов с риском БА и использования рилузола для этой цели.

  • Ca2+ -активированные калиевые каналы KCa3.1 способствуют медленной постгиперполяризации в пирамидных нейронах неокортекса L5

    Известно, что пирамидные нейроны неокортикального слоя 5 демонстрируют медленную Ca2+ -зависимую постгиперполяризацию (sAHP) после всплесков спайков, аналогичную той, что происходит в клетках гиппокампа CA1. Однако механизмы sAHP в неокортексе остаются плохо изученными. Сотрудники Лаборатории клеточной нейробиологии обучения идентифицировали Ca2+ -зависимые калиевые каналы KCa3.1 как вкладчики в sAHP в ER81-положительных пирамидных нейронах неокортекса. Более того, проведённые ими эксперименты убедительно подтверждают, что взаимосвязь между sAHP и KCa3.1 каналами в механизме обратной связи лежит в основе адаптации частоты пиков пирамидных нейронов слоя 5. Исследователи продемонстрировали взаимосвязь между каналами KCa3.1 и sAHP с использованием нескольких параллельных методов: электрофизиологии, фармакологии, иммуногистохимии и фотоактивируемых зондов. Их эксперименты показали, что иммунофлуоресценция ER81 в слое 5 совместно локализована с иммунофлуоресценцией KCa3.1 в соме. Нацеленное раскрытие Ca2+ подтвердило две основные особенности каналов KCa3.1: предпочтительную соматодендритную локализацию и управляемое Ca2+ гейтирование. Кроме того, как sAHP, так и медленный гиперполяризующий ток, индуцированный Ca2+, были чувствительны к TRAM-34, селективному блокатору каналов KCa3.1.

  • Эпигенетическая регуляция как основа долговременных изменений нервной системы: в поисках механизмов специфичности

    Адаптивные долговременные изменения в функционировании нервной системы (пластичность, память) не записываются в геноме, но напрямую связаны с изменениями экспрессии многих генов, составляющих эпигенетическую регуляцию. Обобщая известные данные о роли эпигенетики в регуляции пластичности и памяти, сотрудники Лаборатории клеточной нейробиологии обучения выделили несколько ключевых аспектов. (1) Различные комплексы ремоделирования хроматина и ДНК-метилтрансферазы могут быть организованы в многопротеиновые репрессорные комплексы высокого порядка, которые совместно действуют как «молекулярные тормозные колодки», избирательно ограничивая транскрипционную активность специфических генов в состоянии покоя. (2) Соответствующие физиологические стимулы вызывают каскад биохимических событий в активированных нейронах, приводящих к транслокации различных сигнальных молекул (протеинкиназ, NO-содержащих комплексов) в ядро. (3) Специфичное для стимула нитрозилирование и фосфорилирование различных эпигенетических факторов связано со снижением их ферментативной активности или изменениями внутриклеточной локализации, что приводит к временной дестабилизации репрессорных комплексов. (4) Устранение «молекулярных тормозов» открывает «критическое временное окно» для глобальных и локальных эпигенетических изменений, запускающих определенные транскрипционные программы и модуляцию эффективности синаптических связей. Можно предположить, что обратимые посттрансляционные модификации гистонов служат основой пластических изменений нейронной сети. С другой стороны, метилирование ДНК и зависящая от метилирования организация трехмерного хроматина могут служить стабильной молекулярной основой для долгосрочного поддержания пластических изменений и памяти.

  • Потенциалы действия натрия в плакозоа и их роль в поведенческой интеграции и эволюции лишенных нервов животных

    Плакозоа - это маленькие дискообразные животные, представляющие простейшую из известных, возможно, предков, организацию свободноживущих животных. Имея всего шесть морфологически различных типов клеток, без каких-либо распознаваемых нейронов или мышц, плакозои проявляют быстрые эффекторные реакции и сложное поведение. Однако об электрогенных механизмах у этих животных известно немного. Здесь мы показали наличие быстрых потенциалов действия у четырех видов плакозоа (Trichoplax adhaerens [гаплотип H1], Trichoplax sp. [H2], Hoilungia hongkongensis [H13] и Hoilungia sp. [H4]). Эти потенциалы действия зависят от натрия и могут быть индуцируемыми. Молекулярный анализ предполагает наличие 5-7 различных типов потенциалзависимых натриевых каналов, которые показали значительное эволюционное излучение по сравнению со многими другими многоклеточными животными. Такое неожиданное разнообразие натриевых каналов в ветвях ранних многоклеточных животных отражает как события дупликации, так и параллельную эволюцию уникальной поведенческой интеграции у этих лишенных нервов животных.