BDNF regulates the translation of a select group of mRNAs by a mammalian target of rapamycin–phosphatidylinositol 3-kinase-dependent pathway during neuronal development
J. Neurosci. 24 (33), 7366–7377 (2004) | |
 (Рис.1.Рисунки из статьи Job, C. & Eberwine, J. ) | Electron-microscopic evidence for the existence of Golgi markers in neuronal dendrites.  (Рис.2.) | In situ hybridization showing that MAP2 mRNA is localized in neuronal dendrites in tissue sections.  (Рис.3.) | Time course of mRNA detection in dendritic growth cones in culture.  (Рис.4.) | Movement of RNA-containing granules in dendrites of cultured neurons.  (Рис.5.) | De novo protein synthesis in live dendrites correlates with ribosomal protein abundance.  (Рис.6.) | Schematic of mRNA translational processes in dendrites.  (BOX1) | Identification of mRNAs in dendrites |
В последние годы было доказано, что локальный синтез белков в аксонах и дендритах играет важную роль в нейрональном развитии и синаптической пластичности. Однако немного известно о регуляции такого локального белкового синтеза, хотя и имеются некоторые указания на роль в этом процессе внеклеточных сигналов. В исследовании, сообщенном в журнале “The Journal of Neuroscience”, Schratt et al. представили данные, указывающие, что brain derived neurotrophic factor (BDNF) регулирует локальную трансляцию определенных подгрупп mRNAs в синапсах. Известно, что BDNF стимулирует трансляцию нескольких mRNAs в нейронах, но неясно, является ли это локальным или глобальным ответом. Для изучения этого явления Schratt et al. провели скирининг генома для идентификации mRNAs, которая связана с механизмом трансляции при реакции на BDNF.
Автор изолировали кортикальные нейроны из мозга 18 дневных эмбрионов крыс и культивировали эти нейроны 14 дней для того, чтобы у них сформировались синапсы до того, как их обработают BDNF. Они выделили mRNAs из клеток, центрифугировали ее в градиенте плотности сахарозы для разделения фракции, которая предположительно подвергалась активной трансляции (полисомальная фракция). Затем синтезировали комплементарную ДНК из этой фракции и гибридизировали ее с Affymetrix rat microarray. Примерно из 3500 mRNA, эспрессируемых нейронами, 143 входили в полисомальную фракцию в ответ на BDNF. Далее поиск был сужен до mRNA, которые регулировались BDNF на уровне инициации транскрипции. Особенно пристальное внимание уделялось случаям, когда BDNF-индуцированная полисомная связь предотвращалась рапамицином (rapamycin) – ингибитором mTOR–PI3K (mammalian target of rapamycin–phosphatidylinositol 3-kinase) сигнального пути. 48 их этих 143 mRNAs попадали в эту категорию. Для изучения вопроса о том, является ли BDNF регулятором локального белкового синтеза в синапсах, авторы сфокусировали свои исследования на одной из этих mRNAs Homer2 (cytoskeleton-associated protein), кодирующей постсинаптический адаптерный белок (postsynaptic density (PSD) scaffolding protein Homer2). Удалось найти доказательства того, что трансляция Homer2 была инициирована в дендритном компартменте в ответ на воздействие BDNF. Во-первых, Homer2 mRNA была обогащена в синаптонейросомах (очищенный препарат в интактных синапсах) и авторы обнаружили, что ее трансляция могла быть индуцирована в синаптонейросомах при добавлении BDNF. Во-вторых, in situ гибридизация показала, что Homer2 mRNA была локализована в дендритном компартменте культивируемых нейронов гиппокампа. И, наконец, сиквенс нетранслируемого региона Homer2 mRNA был достаточным для таргетирования green fluorescent protein-coding mRNA для дендритов нейронов гиппокампа в культуре. Эти находки свидетельствуют о том, что BDNF стимулирует трансляцию отдельных групп mRNAs в синапсе через механизм, индуцирующий mTOR–PI3K путь. Он регулирует синаптические функции, индуцируя локальный синтез множества синаптических белков. Локальная трансляция цитоскелет-ассоциированного белка Homer2 может играть важную роль для движения конуса роста и развития дендритных шипиков. Геномный подход, который был разработан в процессе данного исследования, может быть использован для построения профилей mRNAs, которые транслировались в ответ на внеклеточные сигналы на разных стадиях развития или синаптической пластичности. См. также: 1. Zhang, X. & Poo, M. Localized synaptic potentiation by BDNF requires local protein synthesis in the developing axon. Neuron 36, 675–688 (2002) 2. Job, C. & Eberwine, J. Localization and translation of mRNA in dendrites and axons. Nature Rev. Neurosci. 2, 889–898 (2001) |