Внутриклеточная передача сигналов липидов это ключевые регуляторы клеточной физиологии. В синапсах нейронов большое количество доказательств указывает на участие липидов, таких как phosphoinositides, в качестве критических регуляторов синаптической передачи (Di Paolo and De Camilli, 2006). Одной из наиболее хорошо охарактеризованных реакций в передаче сигналов, базирующейся на phosphoinositide, является гидролиз PIP2 до DAG и IP3 с помощью PLC (Di Paolo and De Camilli, 2006) (Figure 1). В то время как растворимый IP3 обеспечивает высвобождение Ca²⁺ из внутриклеточных хранилищ, связанный с мембранами DAG стимулирует PKC (Di Paolo and De Camilli, 2006). Кроме того, DAG регулирует разнообразные белки, обладающие PKC domain 1 (т.e. C1 domains), такие как члены семейств Munc13 (т.e. факторы, участвующие в 'priming' пузырьков), chimaerin (т.e. RacGAP) и DAG kinase (DGK) (Brose and Rosenmund, 2002; Buttery et al, 2006; Topham, 2006). На базе этой кардинальной роли в передаче сигналов и особенно благодаря способности умножать сигналы, DAG д. тонко регулироваться. Одним из механизмов, участвующих в контроле уровней DAG, является путь DGK , который превращает DAG в phosphatidic acid (PA), в др. биоактивный сигнальный липид (Topham, 2006). Это превращение имеет два функциональных следствия-прекращение передачи сигналов DAG и инициация передачи сигналов PA. В соответствии с обескураживающей сложностью действий DAG/PA, присутствуют множественны гены, кодирующие DGK, в геноме высших эукариот (Topham, 2006). У мух фототрансдукционный каскад, DGK член (RdgA) обусловливает инактивацию в ответ на свет (Hardie, 2007). У червей, мутации в DGK-1 модулируют пресинаптическое высвобождение acetylcholine, это скорее всего отображает эффекты накопления DAG на везикулярный priming фактор Unc13 (Nurrish et al, 1999). Однако доказательства синаптических ролей для DGKs млекопитающих были очень скудны до исследования Kim et al из данного номера EMBO J.

Kim et al описывают идентификацию DGKζ в качестве посредника для белка, ассоциированного с постсинапитическими уплотнениями PSD95, который является основным каркасным белком, концентрирующимся в дендритных шипах. Эти структуры являются динамичными, богатыми актином выпячиваниями дендритов нейронов, которые характерны для возбуждающих нейронов и воспринимают импульсы от пресинаптических окончаний др. нейронов (Newpher and Ehlers, 2008). Шипы являются, т.о., первичными сайтами интеграции сигнала, в которых разнообразные рецепторы и рецептор-каналы модулируют синаптическую силу и пластичность, при этом внутриклеточный Ca²⁺ является главным игроком. Члены семейства PSD-95 регулируют функцию, трафик и передачу сигналов нижестоящих glutamate рецепторов, таких как AMPA, NMDA и PLC-coupled metabotropic glutamate receptors 1 и 5 (AMPAR, NMDAR, mGluR1 и mGluR5, соотв.). После демонстрации зависимости DGKζ от PSD-95 в отношении собственно помещения на дендритные шипы, Kim et al исследовали связь этого взаимодействия для синаптической физиологии. Они показали, что избыточная экспрессия DGKζ прежде всего в нейронах гиппокампа увеличивает плотность дендритных шипов и что этот фенотип необходим для их каталитической активности. Напротив замалчивание DGKζ и генетическое устранение этого энзима ведет к снижению плотности шипов в культурах гиппокампа и на срезах у мышей, соотв. (Figure 1). Важно, что отсутствие DGKζ существенно нарушает образование PA на нокаутных срезах после стимуляции PLC-coupled group I mGluR. Путем мониторинга динамики дендритных шипов нейронов гиппокампа, экспрессирующих shRNA вектор, управляемый DGKζ, авт. установили, что DGKζ необходим для поддержания шипов, но не для их образования. Пониженная плотность шипов в пирамидальных нейронах от DGKζ нокаутного гиппокампа коррелирует с функциональным дефицитом синаптической передачи, обеспечиваемой AMPAR. В целом это исследование Kim et al идентифицировало DGKζ в качестве ключевого регулятора синаптической морфологии и возбуждающей нейротрансмиссии благодаря его способности модулировать передачу сигналов DAG/PA в синапсах, как часть PSD-95 белковой сети (Figure 1).

Каково физиологическое значение сигнальных путей, которые используют PLC и регулируются с помощью DGKζ в шипах? Частичный ответ может быть получен из более ранних исследований, показавших роль PLC в индукции long-term depression (LTD) [see Horne and Dell'Acqua (2007) and references therein], которая является формой пластичности, коррелирующей с потерей дендритных шипов (Newpher and Ehlers, 2008), признак также наблюдается в DGKζ-дефицитных нейронах. Активация PLC activation достигается или посредством стимуляции group I mGluR или повышения Ca²⁺ после активации NMDAR, это, по-видимому, является критическим для LTD (Figure 1). Последний путь, как было показано, ведет к разборке F-actin и интернализации AMPAR за счет потери AKAP79/150, белка, который стабилизирует фосфорилирование AMPAR и помещается на мембраны шипов с помощью PIP2 (Horne and Dell'Acqua, 2007). Хотя потеря PIP2, per se, может быть первичным сигналом для инициации LTD пути, продукция DAG может вносить существенный вклад в этот феномен. Усиление этого пути из-за неспособности элиминировать DAG у мутантных DGKζ мышей (Figure 1) м. таим образом вызывать предрасположение синапсов к LTD образу действия. Кроме того, т.к. PA стимулирует PIP kinases и является важным предшественником для синтеза inositol липидов, то неспособность превращать DAG в PA может препятствовать повторному синтезу PIP2 вследствие его потребления с помощью PLC пути (Rodriguez de Turco et al, 2001; Hardie, 2007).

Это исследование Kim et al ставит также вопрос о необходимости идентификации молекулярных эффекторов DAG (и потенциально PA), которые участвуют в регуляции поддержания дендритных шипов. Неожиданно, PKC путь, по-видимому, не участвует в этом. Члены из семейства chimaerin подобно DAG эффекторам в шипах, базируются на способности этих C1 домен-содержащих белков регулировать динамику актина посредством своего домена RacGAP (Brose and Rosenmund, 2002; Buttery et al, 2006). Соответственно, потеря функции alpha1-chimaerin ведет к избыточному росту дендритных шипов, фенотипу, напоминающему таковой, наблюдаемый после избыточной экспрессии DGK (Buttery et al, 2006). Др. потенциальные эффекторы DAG и PA обсуждаются в работе Kim et al.

Наконец, находки, описанные авт. могут иметь отношение к нарушениям головного мозга, которые ассоциируют с дисфункцией синапсов и нарушениями познавательной способности. Напр., amyloid beta, основной synaptotoxic агент при болезни Альцгеймера, как было показано, снижает плотность шипов в разных примерах, это вместе с недавними исследованиями указывает на то, что цитотоксический пептид активирует путь PLC и продукцию DAG (Berman et al, 2008), это может быть связано с феноменом появления DGKζ-дефицитных синапсов.