CELLULAR AND MOLECULAR MECHANISMS OF PRESYNAPTIC ASSEMBLY
Nature Reviews Neuroscience V. 5, № 5. P. 385 -399 (2004) | |
 (Рис.1.) | Ultrastructure of synapses at various stages of development.  (Рис.2.) | Formation of axodendritic contacts.  (Рис.3.) | Formation of axodendritic contacts in primary cultures of rat hippocampal neurons.  (Рис.4.) | A model for presynaptic assembly.  (BOX 1) | Molecular structure of CNS glutamatergic synapses | Формирование пресинаптических секретирующих нейротрансмиттеры сайтов включает трансформацию участков неспециализированной плазменной мембраны в сложные структуры, которые высоко специализированы для постоянного, вызванного деполяризацией экзоцитоза синаптических пузырьков. Такая трансформация зависит от динамических внутри- и межклеточных процессов, а также от основных процессов развития. Недавние работы выявили роль клеточных процессов, ответственных за транспорт пресинаптических молекул к появляющимся пресинаптическим сайтам, а также за последующую трансформацию этих сайтов в функциональные пресинаптические структуры. Были также разработаны методы для идентификации молекул, индуцирующих и инициирующих процессы трансформации.
Пресинаптические компартменты характеризуются присутствием сотен и тысяч синаптических пузырьков, заполненных нейротрансмиттерами, а также активными зонами – специализированными участками пресинаптической плазменной мембраны, где синаптические пузырьки собираются, сливаются и высвобождают нейротрансмиттер в
Большинство наших знаний о пресинаптическом формировании получено при исследовании нейромышечных соединений. Двигательные аксоны не формируют синапсов en route, поэтому эти исследования велись для выяснения тесных связей между аксонными конусами роста и появлением участков высвобождения синаптических пузырьков.
В центральной нервной системе позвоночных пресинаптические участки распределены по длине аксонных сегментов. Поэтому формирование пресинаптических выростов (boutons) может быть распределено вдоль всей аксональной мембраны, по крайней мере, в незрелых нейронах.
Одной из новых тем в этой области исследований является использования модулирующих transport packets для пресинаптической сборки. Пузырьки с плотной сердцевиной были идентифицированы как содержащие компоненты активной зоны, включающие цитоскелетные матриксные молекулы-скаффолды bassoon, piccolo и Rim. Предполагают, что эти пузырьки, названные piccolo/bassoon transport vesicles (PTVs), составляют «active zone precursor vesicles». В качестве платформы для белкового комплексного образования и для генерирования специфических транспортных органелл могут служить эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи.
Молекулы клеточной адгезии (CAMs) являются наиболее вероятными кандидатами на роль инициаторов пресинаптической дифференцировки. Из них лучше всего охарактеризован (в отношении синаптогенеза) N-cadherin. Предполагают, что основная роль кадхеринов (cadherins) заключается в стабилизировании динамических аксоно-дендритных контактов во времени, чтобы дать возможность более специализированным мембранным белкам активировать специфические внутриклеточные каскады, которые индуцируют пре- и постсинаптическую дифференцировку.
Несколько групп исследователей разработали методы оценки способности особых молекул инициировать формирование сайтов высвобождения синаптических пузырьков. Кандидатами на эту роль являются молекулы в гетерологичных клетках, таких как клетки эмбриональной почки человека. Нейроны, растущие поверх этих клеток, формируют «полу-синапсы» (“hemi-synapses”), т.е. пресинаптические почки (выросты, boutons) без постсинаптических эквивалентов.
Постсинаптические density молекулы нейролигин 1 и 2 (neuroligin 1 и 2) и иммуноглобулиновый домен-содержащий белок SynCAM обладают выраженной способностью индуцировать синаптические пузырьки, группирующиеся вдоль вышележащих аксонов. SynCAM является адгезивной молекулой, которая обнаружена с обеих сторон синапса, тогда как нейролигин, вероятно, действует гетеротопически индуцируя кластеризацию пресинаптически-экспрессированного β-neurexin.
Формирование пресинаптических участков является динамическим и сложным процессом, управляемым разными «силами» и механизмами, действующими в разные временные периоды. Нам еще предстоит изучить связь между формированием отдельных активных зон и глобальными процессами развития, созреванием структур и функций, молекулярными каскадами и клеточными механизмами пресинаптической сборки. Neuroligins determine synapse maturation and function
Neuron 51, 741–754 (2006) |