supraoptic nucleus ( SON) paraventricular nucleus ( PVN)
brain-specific sodium-dependet Pi cotransporter ( BNPI) differemtiation-associated sodium-dependet Pi cotransporter ( DNPI)
Все типы клеток, включая нейроны и глию в ЦНС, должны постоянно транспортировать различного рода субстанции из или в внеклеточную жидкость. Перемещение этих субстанциb с помощью тонко контролируемого с помощью селектиного трансопрта поперек мембрн клеток и органелл. Связанные с мембранами белки структурно и функционально распадаются на каналы и транспортеры.
Большое внимание отводится гипоталямусу, т.к. это единственное место в ЦНС, где нейральные сигналы м. превращаться в гуморальные сигналы, которые затем рассылаются как гормональные мессенджеры к периферическим органам-мишеням через кровоток. В гипоталямусе имеется две отдельных, но кооперативных системы вывода гормонов: гипоталямус-нейрогипофизарная и гипоталямус-тубероинфундибулярная нейроэндокринные системы. Первая представлена особенно крупными популяциями нейронов в supraoptic nucleus (SON) и paraventricular nucleus (PVN), т.наз. магноцеллюярными нейросекреторными нейронами, которые синтезируют vasopressin и oxytocin и секретируют их из окончаний нейросекреторных аксонов нейрогипофиза непосредственно в системное кровообращение.
|
Рассматриваются два типа недавно открытых транспортеров, которые служат в системе мозг-специфичного транспорта неорганических фосфатов (Pi): BNPI (a brain-specific sodium-dependet Pi cotransporter) и DNPI(a differemtiation-associated sodium-dependet Pi cotransporter). Сейсас стало ясно, что ИТЗШ это везикулярные глютаматовые транспортеры в нейронах, тогда как DNPI рассматриваются как новые везикулярные транпортеры для глютамата и/или родственных аминокислот, таких как аспартат или GABA. Проведен морфологический анализ обоих транспортеров из головного мозга крыс и была показана тесная функциональная взаимосвязь этих транспортеров с нейрогипофизной системой.
NEUROTRANSMITTER TRANSPORTER FAMILY IN THE HYPOTHALAMUS
В головном мозге млекопитающих выявлены различного типа гены транспортеров, некоторые из которых являются транспортерами нейротрансмиттеров, которые обслуживают конечную синаптическую передачу путем поставки разряженных нейротрансмиттеров из синаптической щели. Транспортеры нейротрансмиттеров м.б. подразделены на суперсемейства, семейства и подсемейства в соотв. с их первичной структурой и местом действия. Сверхсемейство транспортеров нейротрансмиттеров включает транпортеры цитоплазматических мембран и везикулярных мембран. Первые служат как система высокого сродства повторной поставки нейротрансмиттеров и подразделяется на два отдельных семейства с различной ионной зависимостью: Na+/Cl--зависимые транспортеры и Na+/K+-зависимые транспортеры. Последнее сверхсемейство рассматривается как внутриклеточная система накопления нейротрансмиттеров в синаптических пузырьках пресинаптических аксональных бутонов.Из транспортеров плазматических мембран Na+/Cl--зависимое семейство транпортеров включает транспортеры для моноаминов (dopamine, norepinephrine, serotonine) и аминокислот (GABA, glycyne, proline). Na+/K+-зависимое семейство транспортеров представлено белками, участвующими в транспорте возбуждающих аминокислот (глютамата и аспартата). Транспортеры везикулярных мембран являются Н+-зависимыми и включают везикулярные транпортеры для моноаминов, ацетилхолина и аминокислот. BNPI и DNPI, каждый из которых первоначально был выявлен как котранспортер неорганичских фосфатов, как полагают, являются на самом деле везикулярными транспортерами глютамата. Оба сверхсемейства нейротрансмиттеров идентифицированы в гипоталямусе крыс и человека (Табл.1).
PLASMA MEMBRANE TRANSPORTER SUPERFAMILY
Monoamine Transporter
Один такой транспортер, dopamine transporter (DAT) крыс клонирован. Его мРНК и иммунореактивнрость обнаруживается локализованной в нейронах перивентрикулярных и arcuate ядер, но не в SON и PVN ядрах гипоталямуса крыс и человека. Серотониновый транспортер (ЫУКЕ) выделен из головного моозга крыс и человека. Экспрессия его мРНК выявлена в вентромедиальных ядрах гипоталямуса.
Transporter for Neurotransmitter Amino Acid
Глютамат(возбуждающий) и GABA (ингибирующий) нейротарнсмиттеры широко распределены в гипоталямусе и играют критическую роль в нейрональной регуляции нейроэндокринной функции. Однако большинсто ранее выделенных транспортеров глютамата (GLAST и ПДЕ1б которые являются гомологами ЕААТ1 и ЕААТ2 человека) экспрессируются принципиально в астроцитах, чем нейронах. Эти транспортеры, как полагают, оперируют в быстром удалении глбютамата с помощью астроцитов, чтобы закончить биолгический эффект и чтобы защитить нейроны от их токсичности. В самом деле, бвло показана глиальная экспрессия GLT1 и GLAST в гипоталямусе. Слабые гибиридизационные сигналы GLT1 обнаружены также в неоторых нейронах, что указывает на их функцию нейрональных транспортеров глютамата. В медианной возвышенности GLT1 и GLAST мРНК обнаруживаются в глиальных клетоках, тогда как в нейрогипофизе обнаруживаются только GLAST мРНК и белок. В противопложность, о глиального типа глютаматовых транспортерах в гипотаялмусе известно мало. О др. глютаматовом транспортере (ЕААС1, гомолог ЕААТ3, ЕААЕ4 и ЕЕААТ5 человека) известно, что существует в гиппкамповой формации, мозжечке и сетчатке, но не в гипоталямусе. Т.обр., тип транспортеров плазматических мембран, который служит для доставки возбуждающих аминокислот с помощью гипоталямических нейронов, ничего неизвестно.
Т.к. транспортная система для GABA, 4 отдельных изоформы GABA транспортеров (GAT1-4) идентифицированы в оловном мозге крыс и мышей. В гипоталямусе крыс выявлена экспрессия GAT1 и GAT3 мРНК на низком уровне в SON и PVN. Из глициновых транспортеров (GLYT1-2) только экспрессия мРНК первого обнаружена в гипоталямусе, но не подтверждено гистохи мичски.
VESICULAR MEMBRANE TRANSPORTER SUPERFAMILY
При исследовании везикулярных моноаминовых транспортеров (VMAT1-) в гипоталямусе мРНК и белок VMAT1 экспрессиуется только перинатально ( с 13 го дня эмбриогенеза и до 28 дня постнатального развития), тогда как мРНК и белок VMAT2 постоянно присутствует с 13 дня эмбриогенеза и до взрослой стадии. Тубулоинфундибулярные допаминергические окончания обнаруживают строгую VMAT2 иммунореактивность в наружной зоне медианного возвышения. Везуикулярный ацетилхолновый транспортер (VAChT), как член того же самого семейства генов впервые бвл клонирован у С. elegans и Torpedo, /f затем идентифицированы гомологи у крыс и человека как функционаальныце транспортеры ацетилхолина. В гипоталямусе взрослых крыс кажущееся накопление VAChT иммунореактивных окончаний, чье происхождение неизвестно, продемонстрировно в наружнрой зоне медианного возвышения. Иммунореактивные волокна обнаружены в arcuate, перивентрикулярной, олатеральной гипоталямической области в с PVN, при этом тела нейрональных клеток видимые в arcuate ядре обработанных колхицином крыс.
Помимо VMAT и VAChT семейства генов недавно идентивыцированы везикулярные транспортеры для GABA (VGAT), а также для глицина и GABA (vesicular inhibitory amino acid tarnsporter, VIAAT). Иммунореактивность обнаружена только в некоторых GABAергических и глицинергических окончаниях нейронов.
OTHER TRANSPORTERS IN THE HYPOTHALAMUS
Amino Acid Transporter
В WYC некоторые белки участвуют в транспорте, связанном с синтезом нейроактивных субстанций или питающих сеществ. Нейроны и глиальные клетки получают аминокислоты не только как сырой материал структурных и функциональных белков, но и также как предшественники нейротрансмиттеров, напр., аргинин для окиси азота, а тирозин и триптофан для моноамина, а также как предшественники нейропептидов. Каждый ранее распознанный аиминокислотный транспортер является белковым транспортером. Напр., zwitterionic аминокислотные транспортеры являются вышеописанными GABA и глициновыми транспортерами (GATs и GLYTs). Для катионных аимнокислот открыты натрий-зависимые (B 0,+0,+) системы транспортеров. Система y+ клонировна как катионый аминоксилотнвц транспортер (САТ). Более того системы y+L b 0,+, как установлено, являютчся гетромерными комплексами членами семейства L-type amono acid transporter (LAT) или с 4F2hc (4F2 тяжелая цепь) или rBAT (related to b 0,+ amino acid transporter, NBAT). Два члена натрий-зависимой системы ASC для нейтральных аминокислот идкнтифицированы как ASC1 и ASC2, а натрий-зависимый аминокислотая система транспортеров (system X-AG) является ЕААТ1-5.
rBAT впервые выделен в почках у человека, крыс и крликов как натрий-зависимый транспортер осовных аминокислот, которые индуцируют транспорт с высоким сродством L-cystine, L-diabasic и некоторых L-нейтральных аминокислот. Отностительно субстратной специфичности и локализации constituitive nitric oxide synthase (cNOS) иммунореактивности в magnocellular нейронах анализироваликИФЕ иммунореактивность в SON и PVN, т.к. этот белок м. транспортировать L-аргинин в качестве субстрата для cNOS и L-cystine, как компонетна богатых цистеином neurophysins . Установлено, что иммунореактивность присутствует в мембранах внутриклеточных органелл, но не в плазматической мембрне, уазывая тем самым, что rBAT участвует во внутриклеточном транспорте аминоксилот. Недавно установлено, что rBAT иммунореактивность локализуется более широко в мембранах цитоплазматических органелл и лишь случайно обнаруживаетя в плазматических мемьбранах нейронов. В настоящее время rBAT рассматриваеися как компонент системы b 0,+, формируемый путем свзывания с ВАТ1 (b 0,+-type amino acid transporter 1) и как транспортер-ассоциированный белок, но не как сам транспортер. Остальные нейтральные или базовые аминокислотные транспортеры также выделены и, как сообщалось, экспрессируются в головном мозге млекопитающих.
Вместо кИФЕ скоре всего САТ является основным Д-аргининовым транспортером, связанным с продукцией NO как в нейронах, так и глиальных клетках. Активность САТ впервые выявлена при экспрессии экотропного рецептора вируса мышиной лейкемии в ооцитах Xenopus и затем 4 гомолога у человека и грызунов (САТ1-4).Среди этих САТ геноа, САТ1 и САТ3 экспрессируются в головном мозге грызунов. В головном мозге взрослых крыс нейрональная и глиальная САТ1 экспрессия и нейрональная САТ3 экспрессия подтверждены гибиридизацией in situ. Обе мРНК экспрессируются в гипоталямусе, но нет описания для SON и PVN.
Oligopeptide Transporter
Три типа белков идентифицированы в качества олигопептидных транспортеров. Кишечного ипа транспортер (РерТ1) впервые клонирован как система доставки ди- и трипептидов эпителиальными клетками слизистой кишечника кролика. Peptide/histidine transporter (HYN1) выделен из головного мозга крыс. Хотя распределение экспрессии мРНК описано для некоторых регионов головного мозга, включая гипоталямус, его региональная и клеточная локализация еще не проанализированы. Почечный тип транспортера (РерТ2) сначала был выделен и было показано его участие в реабсорбции олигопептидов в коре почек. В WYC экспрессия его мРНК и иммунореактивность продемонстрированы в астроцитах. РерТ2 мРНК в экспериментах in vitro пидает способность астроцитам получать kyotorphin (Tyr-Arg) и carnosine (β-Ala-His), Cys-Gly и γGly-Cys. Очевидно, что астроцитарная РерТ2 участвует в элиминации нейроактивных дипептидов (kyotorphin и carnosine) и/или в продукции глютатиона (Cys-Gly и γGly-Cys). Астроциты образуют вентральные глиальные ограничения (limitans) по соседству с SON и подвергаются структурным изменениям, ассоциированым с условиями жидкостей тела. Системные инъекции гипертонического раствора и его прямые инъекции непосредщственно в SON вызывают высвобождение аргининового вазопрессина и окситоцина в этом ядре; в случае прямой стимуляции астроциты SON экспрессируют с-fos. Все это указывает на функцию астроцитов регулировать состав внеклеточной жидкости в SON и в этом процессе РерТ2 м. удалять олигопептиды как продукты деградации высвобождаемых вазопрессина и окситоцина.
Glucose Transporters
Транспортеры глюкозы у млекопитающих распадаются на два класса: натрий-зависимые и натрий-независимые. Первые (ЫПДЕ1-2) не обнаружены в нервной системе, тогда как последние облегчают перенос глюкозы (GLUT1-5)d головном мозге. У грызунов и человека GLUT3 и GLUT4 обнаруживаются в нейронах, тогда как GLUT1, GLUT2 и GLUT5 локализуются принципиально в глиальных клетках, а также в клетках эпендимы, эндотелиальных клеткаъ микрососоудов и эпителиальных клетках хороидного сплетения. GLUT3 vHYR и белок широко распространены в головном мозге и иммунореактивность увеличивается в нейрогипофизе крыс при депривации водой или инъекциях streptozotocin. Хотя это увеличение GLUT3 иммунореактивности интерпретируется как обусловленное повышением утилизации глюкозы нейронами для увеличения метаболического потребления, локализация GLUT3 в нейрогипофизе нуждается в дальнейшем анализе. GLUT4 мРНК идентифицирована в тканях, чувствительных к инсулину, включая головной мозг и гипофиз. Хотя экспрессия мРНК GLUT4 обнаружена в некоторых ядрах гипоталямуса, включая SON и PVN, но тип клеток, экспресирующих его неизвестен.
Vesicular Glutamate (Inorganic Phospahte) Transporters
После клонирования натрий-зависимого Pi transporter (NaPi-1) из почек кролика, много исследований было посвящено не только его гомологам у др. видов, но и разным семействам Pi транспротеров из др органов, включая головной мозг. Теперь это семейство транспортеров подразделяют на 3 подсемейства, типа 1-3. В головном мозге млекопитающих идентифицированы два типа Pi транспортеров (BNPI и DNPI), хотя локализованы в нем и некоторые почечные типы Pi транспортеров. Предполагается, что BNPI и DNPI являются везикулярными глютаматовыми транспортерами в глютаматергических нейронах.
BRAIN-SPECIFIC SODIUM DEPENDET INORGANIC PHOSPHATE COTRANSPORTER (BNPI) AND DIFFERENTIATION-ASSOCIATED SODIUM-DEPENDET INORGANIC PHOSPHATE COTRANSPORTER (dnpi)
BNPI
В гранулярных клетках мозжечка крыс BNPI был впервые обнаружен как новый NMDA-индуцированный клон? который обладал натрий-зависимой активностью Pi транспортера с 32% гомологией аминокислот с NaPi-1. В головном мозге крыс и человека транскрипты BNPI обнаруживаются толькол в нейронах коры мозга, гиппокампа, амигдала, мозжечка и моста, поэтому он рассматривается как основной нейрон-специфичный транспортер в этих областях. В диэнцеалоне, однако, экспресси его мРНК очень низкая и на высоком уровне встречается только в небольших областях. Нейроны, экспрессирующие BNPI мРНК, являются нейронами с глютаматергическими проекциями, такие как кортикальные пирамидальные клетки, пирамидальные и гранулярные клетки гиппокампового образования и гранулярные клетки мозжечка. Неясно экспрессируютс или нет BNPI в др. типах нейронов телэнцефалона. Гмолог BNPI (EAT-4) у С. elegans также обнаруживается в нейронах, участвующих в глютаматергической трансмиссии во время поведения кормления. Тем не менее роль BNPI в глютаматергической передаче не находит удовлетворительного обхяснения. Предполагается, что в первую очередь BNPI предназначен для транспорта глютамата в синаптические пузырьки пресинаптических бутонов глютаматергических аксонов. Микропузырьки, выделенные из РС12 клеток, трансфицированных BNPI кДНК крыс, обнарeживают высокое сродство в потреблении L-глютамата из кульуральной среды.
DNPI
Хотя DNPI может играть некоторую роль в дифференцировке клеток, вовлеченных в транспорт Pi, однако его функциональная роль все еще неясна. Однако, факт, что DNPI обладает 825 идентичностью с BNPI, erfopsdftn на то, что DNPI также является везикулярным транпортером для глютамата и/или родственных аминокислот. В головном мозге человека региональное распределение мРНК DNPI сильно отличается от такового для мРНК BNPI. Уровень экспрессии мРНК DNPI высок в диэнцефалоне и низок в телэнцефалоне. Этот паттерн экспрессии мРНК DNPI продемонстрирован и в головном мозге крыс. Более того, DNPI иммунореактивность обнаруживает региональный паттерн, отличный от паттерна BNPI в гипоталямусе крыс. Это указывает на более тесную корреляцию распределения иммунореактивности DNPI с нейроэндокринной функцией.
BNPI AND DNPI IN THE HYPOTHALAMUS
Distribution of mRNA Expression
Экспрессия мРНК BNPI в переднем мозге крыс бнаруживается почти исключительно в телэнцефалоне, хотя низкий уровень экспрессии обнаруживается и в медиальном habenular и в вентропостериолатеральном талямическом ядрах.
Напротив экспрессия мРНК DNPI в переднем иозге крыс обнаруживается в ряде нейронов многих диэнцефалических структур. В талямусе высокие уровни гибиридизационных сигналов in situ обнаруживаются почти во всех крупных нейронах, обзначаемых как глютаматергические проекции проекции нейронов коре мозга и/или striatum. Это указывает на то, что глютаматергические нейроны делятся на две субпопуляции в переднем мозге крыс. Также в гипоталямусе мРНК DNPI обнаружима во мнгих ядрах, включая и SON и PVN. Все это вместе с присутсвием глютаматовой иммунореактивности в нейронах нейрогипофиза в SON может указывать на то, что DNPI служит как везикулярный глютаматовый транспортер в гипоталямическо-нейрогифофизарной системе. Уровень мРНК DNPI в SON и PVN нормальных крыс достоверне, но не особенно высок. Уровень экспрессии, по-видимому. менее высок в регионах богатых окситоцинергическими нейронами, в частности в PVN. Это указывает на то, что DNPI более тесно скоррелирован с функцией окситоцинергических нейронов в нормальных условиях. Однако паттерн экспрессии мРНК DNPI м. меняться в SON и PVN при активации экспрессии вазопрессинергических нейронов в SON и PVN. Экспрессия мРНК DNPI, по-видимоу, регулируется динамически в зависимости от физиологического состояния нейрогипофизарных нейросекреторных нейронов.
Distribution of Immunoreactive Terminals
Ранее было показано, что BNPI транспортер распределяется в виде дискретного паттерна в головном мозге крыс и локализуется в пресинаптических бутонах аксонов, в синаптических везикулярных мембранах. DNPI иммунореактинвось также локализуется в пресинаптическиъ терминальных бутонах аксонов, это подтверждает идею, что они играют роль в везикулярном трнаспорте. Несмотря на сходство в субклеточной локализации региональное распределение иммунореактивности DNPI в переднем могзе крыс совершенно отлично от такового BNPI.
В гипоталямусе DNPI иммунореактинвные окончания униформно локализубются поверх почти все[ областей, тогда как BNPI иммунореактивные окончания обнаруживают регион-специфический паттерн с наивысшей плотностью в вентромедмальном ядре. Более того определенные различия в распределении м. обнаруживаться в нейросекреторных окончаниях медианной возвышенности, где обнаруживается только DNPI иммунореактивность. Это хорошо согласуется с экспрессией мРНК в SON и PVN нейронах, указывая на определенную роль DNPI в нейрогипофизальных окончаниях. Роль DNPI м. заключаться в транспорте глютамата в маленькие пузырьки. Чтобы понять их функциональную роль, необходимо изучить субклетоную локализацию DNPI в нейросекреторных окончаниях.
В SON и PVN и DNPI и BNPI иммунореактивные окончания видны вокруг перикария магноцеллюлярных нейронов, но эти окончания не идентичны. BNPI окончания возможно соответствуют глютаматергическим окончаниям, т.к. этот белок обнаруживается только в глютаматергических нейронах крыс и человека. Более того, это подтверждается присутсвием глютаматергических волокон в этих нейрогипофизных ядрах. Афферентные волокна, как показано, происходят от митральных клеток основных и акцеессорных обонятельных лукович или от передней вентральной части области (AV3V) третььего желудочка. Выявлены высокие уровни мРНК BNPI в слоях митральных клеток основных и дополнительных обонятельных луковиц. Следовательно, BNPI м. играть роль в трансмиссии обонятельной информации в SON нейроны с помощью аксонов митральных клеток, которые, по-видимому, глютаматергические. С др. стороны, некоторые DNPI иммунореактивные окончания м. происходить из subfornical organ (SFO), т.к. некоторые SFO нейроны проецируются в SON и экспрессируют мРНК DNPI.
|