ROLE OF AMPA RECEPTOR ENDOCYTOSIS IN SYNAPTIC PLASTICITY
Reed C. Carroll, Eric C. Beattie, Mark von Zastrow & Robert C. Malenka
Nature Reviews Neuroscience 2, 315 -324 (2001)
Nature Reviews Neuroscience 2, 315 -324 (2001)
New evidence indicates that one important expression mechanism of several long-lasting forms of synaptic plasticity might involve the physical transport of AMPA-type glutamate receptors in and out of the synaptic membrane. Here, we focus on the rapidly accumulating evidence that AMPA receptors undergo regulated endocytosis, which is important for long-term depression.
(Рис.1.) | Endocytosis of cell-surface signalling receptors.
(Рис.2.) | Activation of several membrane receptors can trigger AMPAR endocytosis.
(Рис.3.) | Electron micrographs of coated vesicles in dendritic spines.
(Рис.4.) | Model of regulated AMPAR endocytosis during long-term depression in two systems.
(Рис.5.) | Model of AMPAR cycling and insertion.
(Рис.1.) | Endocytosis of cell-surface signalling receptors.
(Рис.2.) | Activation of several membrane receptors can trigger AMPAR endocytosis.
(Рис.3.) | Electron micrographs of coated vesicles in dendritic spines.
(Рис.4.) | Model of regulated AMPAR endocytosis during long-term depression in two systems.
(Рис.5.) | Model of AMPAR cycling and insertion.
Активность некоторых семейств сигнальных рецепторов модулируется с помощью их эндоцитоза с поверхности клетки. Интернализация рецепторов м. не только ослаблять дельнейшую реакцию рецепторов на внеклеточные сигналы, но и релокализовать рецепторы в функциональных внутриклетоных сигнальных комплексах. Несмотря на существенные резличия в структуре и функции семейств рецепторов имеются ступени в процессе эндоцитоза рецепторов, которые часто законсервированы. Фосфорилирование рецептора, ассоциация с адапторыми белками и интернализация посредством покрытых клатрином ямок регулирует поверхностную экспрессию многих типов рецепторов после стимуляции агониста.
Предполагается, что AMPA-типа glutamate receptors (AMPARs) регулируются с помощью их физического транспорта в и из синаптических мембран. В течение всего развития обнаруживаются синапсы, которые не экспрессируют обнаружимых количеств AMPARs. Такие синапсы м.б. выявлены электрофизиологически и во время long-term potentiation (LTP) они м.б. модифицированы так, что быстро появляются функциональные AMPARs, указывая тем самым на возможность регулируемой инсерции рецепторов. Зависимая от активности long-term depression (LTD), однако, связана с быстрой потерей поверхностных синаптических AMPARs ,по-видимому, за счет интернализации.
Недавние иммуноцитохимические и биохимические исследования предоставили прямые доказаетльства того, что AMPARs, действительно, интернализуются в ответ на некоторые внеклеточные стимулы. Также как и у др. типов рецепторов эндоцитоз AMPARs осуществляется посредством покрытых клатрином ямок и использует ассоциацию рецепторов с клатрин-адапторным белком. Нарушение эндоцитоза AMPAR блокирует экспрессию общих форм LTD, указывая, что интернализация рецепторов связана с этими формами пластичности.
Несколько идентифицированных путей передачи сигналов управляют эндоцитозом AMPARs. Активация insulin, NMDA, metabotropic glutamate и AMPA рецепторов, все они м. стимулировать эндоцитоз AMPARs. Повышение цитозольного кальция и активация calcineurin необходимы для эндоцитоза AMPAR, запускаемого с помощью нескольких сигнальных путей. Взаимодействия GluR2 AMPAR субъединицы с цитозольными белками PICK1 и GRIP/ABP регулируются с помощью фосфорилирования рецептора и участвуют в регуляции эндоцитоза AMPAR.
Уровень поверхностной экспрессии AMPARs, по-видимому, регулируется за счет баланса введения и удаления рецепторов. В дополнение к регулируемому эндоцитозу, AMPARs являются также предметом для активного высвобождения в синапсах вследствие CaMKII активации. Эти два феномена обеспечивают механизмы, с помощью которых м. быстро модулироваться синаптическая сила (потенциал). AMPARs кроме того постоянно вступают в цикл на синаптической поверхности с равной скоростью экзоцитоза и эндоцитоза, служащего средством для поддержания уровней экспрессии синаптических рецепторов.
Полученные результаты помогают моделировать экспрессию LTD синапсах гиппокампа и мозжечка. LTD связана с координированной модуляцией регуляторных белков, которые взаимодействуют с AMPARs и потенциально вовлекаются в стабилизацию рецепторов и модификацию самой эндоцитотической machinery. Это обусловливает быструю интернализацию AMPARs, сопровождаемую снижением общего урованя синаптической передачи.
|
ORIGINAL RESEARCH PAPER
Bedford, F. K. et al. GABAA cell surface number and subunit stability are regulated by the ubiquitin protein Plic-1. Nature Neurosci. 4, 908-916 (2001) [Abstract] | Article | PubMed | Passafaro, M. et al. Subunit-specific temporal and spatial patterns of AMPA receptor exocytosis in hippocampal neurons. Nature Neurosci. 4, 917-926 (2001) [Abstract] | Article | PubMed | FURTHER READING Moss, S. J. & Smart, T. G. Constructing inhibitory synapses. Nat Rev Neurosci 2, 240-250 (2001) [At a glance] | Article | PubMed | ISI | Carroll, R. C. et al. Role of AMPA receptor endocytosis in synaptic plasticity. Nat Rev Neurosci 2, 315-324 (2001) [At a glance] | Article | PubMed | ISI | |