MOLECULES, MAPS AND SYNAPSE SPECIFICITY
Deanna L. Benson, David R. Colman & George W. Huntley
Nature Reviews Neuroscience 2, 899 -909 (2001)
Nature Reviews Neuroscience 2, 899 -909 (2001)
(Рис.1.) | The process of targeting a synapse.
(Рис.2.) | Models for achieving synapse specificity.
(Рис.3.) | Contact-mediated recognition proteins and their binding partners.
(Рис.4.) | Synapse between 6-day-old cultured hippocampal neurons.
(Рис.5.) | A simple model of afferent-dependent cadherin clustering.
Как более 20 биллионов нейронов в головном мозге человека оказываются точно соединенными триллионами синапсов. Причем финальные взаимосвязи м. устанавливаться в отсутствие нейральной активности или опыта; итак, алгоритмы, которые позволяют правильно соединяться, д. кодироваться в основном генетическими программами, отточенными за биллион лет эволюции. Имеется несколько моделей, объясняющих как обеспечивается специфичность синапсов.
Синаптогенез является кульминацией непрерывного процесса, который м.б. подразделен на следующие стадии: (1) ведение аксонов или нахождение правильного пути; (2) распознавание крупных мишеней; (3) распознавание малых мишеней; и (4) установление синаптических контактов в соответствующих клеточных доменах. Более того синаптические соединения организованы топографически, в важных анатомических субстратах для упорядоченного "картирования" сенсорных поверхностей, таких как сетчатка.
Sperry предположил, что топографически упорядоченное распределение синапсов устанавливается с помощью "highly specific cytochemical affinities" между аксонами и окружающей средой, в которой они растут, и обязательными их нейронами-мишенями. Он предположил упорядоченное картирование двух или более стоячих градиентов, которые ортогональны по отношению др. к др., так что вступающий аксон ведется сигналами, предопределяющими как широту, так и долготу. Последующие модели обращались к природе стоячих градиентов и к тому, как ростовые конусы м. чувствовать и отвечать на незначительные отличия в молекулярной среде, генерируемой тамими градиентами.
Haydon и Drapeau предложили две генеральные модели спецификации синапсов. 'Selective' нейроны посылают свои нейриты только к своим собственным мишеням; 'promiscuous' нейроны формируют синапсы с рядом мишеней, а финальная специфичность достигается устранением неправильных терминальных сайтов с помощью процесса, зависящего от активности.
Дифференцировка нейронов - это первая ступень в спецификации синапсов. Нейроны и положение, которое они занимают внутри большой группы, базируются на информации. Качественные особенности группы м.б. закодированы, по крайней мере частично,с помощью дифференциальной адгезии, а взаимоотношения между соседями внутри группы м.б. установлены с помощью коммуникаций, обеспечиваемых щелевыми соединениями или с помощью регулируемых паттернов волн кальция.
Финальная топографическая упорядоченность аксонов внутри мишени м. отражать упорядоченное распределение аксонов внутри тракта волокон. Однако, упорядоченность аксонов сетчатки сама по себе, по-видимому, недостаточна для дорсовентрального паттернирования в optic tectum.
В дорсальном thalamus, коллекции нейронов, появившиеся одновременно, направляются в определенные ядра. Следовательно, таргетинг является точным отражением ранних стадий иннервации, т.к. талямические аксоны от разных ядер идут вместе через сходную окружающую среду и представлены в массивах всех возможных ареалов-мишеней.
Пресинаптическая сборка не м.б. полностью неспецифичной иначе все потенциальные партнеры, находящиеся в тесной близи будут формировать синапсы др. с др. Доказательства указывают на то, что определенный порог распознавания должен преодолеваться для связи с синапс-инициирующими молекулами. In vitro установлено, что взаимодействия между -neurexin и neuroligins м. запускать инициации синапсов. Некоторые др. молекулы, как полагают, участвуют в ранних стадиях synapse recognition/initiation, включая EphB и Narp.
Стабилизация синапсов скорее всего нуждается в различных молекулах, но очень существенна, по-видимому, активность синапсов; получены лдоказательства того, что и нейротрофины участвуют, а также м.б. важным локальный синтез белков. У Drosophila, гомофильное соединение между пре- и постсинаптически локализованным Fasciclin II необходимо для поддержания нейромышечных соединений, а члены сверхсемейства кадхеринов м. играть сходную роль у позвоночных.
Синаптогенез должен рассматриваться как постоянно идущий процесс, который включает в себя модификацию и элиминацию существующих синапсов и генерацию новых синапсов. В соответствии с этим, различные молекуля распознавания и наведения продолжают экспрессироваться во взрослой нервной системе, и многие участвуют в генерации пластичности синапсов.