Pre viac information:ali.ma@wecistanche.com

Pls kliknite sem do časti 1

Pls kliknite sem do časti 3

Cistanche cistanche prášok zdravotné výhody - neuroprotektívny účinok

4.3. Regulačné mechanizmy tvorby dendritu arborisatínu a chrbtice

Actin a mikrotubule zväzovanie a reorganizácia sú chrbtovou kosťou dendritickej arborizácie, podporujúcej expanziu plazmatickej membrány. Actin sa nachádza na okrajoch dendritov a riadi prieskumnú činnosť. Mikrotubuly tvoria stred dendritickej šachty a konsolidujú túto novovytvorenú šachtu. Dynamický proces rozširovania, vetvenia, zaťahovania, ako aj orientácie vetiev sú koordinované mnohými signalizačnými mechanizmami. Tieto signalizačné mechanizmy podrobne opísali iní autori (pozri recenzie z [1 – 3]) a budú zhrnuté tu a v tabuľke 1.

Polymírna polymerizácia aktínu umožňuje tvorbu aktinových vlákien stabilizovaných mikrotubulami, ktoré podporujú axonálnu a dendritickú expanziu vetvy z počiatočných aktinových náplastí (preskúmané [1]). Samotné interakcie aktínu a mikrotubuly sú stabilizované krížovým prepojením proteínov, ako je mikrotubulovo-aktínový faktor krížového prepojenia (MACF1; [94]). Zatiaľ čo mikrotubulová invázia filipodie podporuje tvorbu vetvičiek, demontáž mikrotubulov, regulovaná ubikvitín-proteínovou ligázou 3a (Ube3a, tiež nazývaná E6AP ubikvitín-proteínová ligáza), rovnako prispieva k stiahnutiu dendritických vetiev [95]. Dynamické rozšírenie a reorganizácia dendritických vetiev je procesom veľmi závislým od aktivity; preto to môžu byť inhibované procesmi, ktoré ovplyvňujú výrobu ATP. Ako jeden príklad, narušenie štiepenia závislého od Drp inhibuje produkciu mitochondrií dostatočne malých na to, aby sa presunuli do dendritických vetiev a zistilo sa, že vedie k podstatnému zlyhaniu primárneho vetvenia v bunkách myši Purkinje v mozočku (in vivo a in vitro) [96]. Zmeny v mikrotubulových dopravných systémoch môžu tiež ovplyvniť vetvenie zmenou kapacity pre bežnú organizáciu aktínu a mikrotubuly (napr. [97]). V súvislosti s tým existuje značná závislosť od prekladu bielkovín; preto majú vplyv aj zmeny v mRNA doprave a lokálnom preklade bielkovínNeuronálnearborizácia (preskúmaná [98]). Všimnite si, že gén krehký X mentálna retardácia 1 (Fmr1, gén primárne narušený pri krehkom syndróme X) je dôležitým regulátorom lokálneho prekladu mRNA v dendritoch (preskúmané [99]).

Tabuľka 1. Extrinsické regulátory dendritickej arborizácie a vývoja chrbtice.

Skratky: Slit1–Štrbinový navádzací ligand 1, Epah7– efrinný receptor A7, Sema3A – semaforín 3A, NGF – nervový rastový faktor, BDNF – neurotrofický faktor odvodený z mozgu, NT – neurotrofín, IGF1 – inzulínový rastový faktor 1, HGF1– hepatocytový rastový faktor 1, rodina Rac – Rac – Rac 1 malá GTPase 1, Cdc42 – cyklus delenia buniek 42, TrK– receptor tyrozínkinázy, CREST– transaktivátor reagujúci na vápnik, CaMKIV– cyklus delenia buniek 42, TrK– receptor tyrozínkinázy, CREST– transaktivátor reagujúci na vápnik, CaMKIV– cyklus proteínového delenia 42, TrK– receptor tyrozínkinázy, CREST– transaktivátor reagujúci na vápnik, CaMKIV– cyklus proteínového delenia 42, TrK– receptor tyrozínkinázy, CREST– transaktivátor reagujúci na vápnik, CaMKIV– cyklus delenia buniek 42, TrK– receptor tyrozínkinázy, CREST– transaktivátor reagujúci na vápnik, CaMKIV– cyklus delenia buniek 42, TrK– receptor tyrozínkinázy, CREST– transaktivátor reagujúci na vápnik, CaMKIV– cyklus delenia buniek 42, TrK– receptor tyrozínkinázy, CREST– transaktivátor reagujúci na vápnik, CaMKIV– cyklus delenia kalmodínu 42, TrK– receptor tyrozínkinázy, CREST–transaktivátor reagujúci na vápnik, CaMKIV– cyklus delenia buniek 42, TrK– receptor tyrozínkinázy, CREST– transaktivátor reagujúci na vápnik, CaMKIV– cyklus delenia buniek 42, TrK– receptor tyrozínkinázy, CREST– transaktivátor reagujúci na vápnik, CaMKIV– cyklus proteínového delenia 42, TrK– receptor tyrozínkin CREB – proteín viažuci prvok campovej reakcie.

Vonkajšie regulátory arborizácie zahŕňali signalizáciu závislú od kontaktu (od bunky k bunke alebo s extracelulárnou matricou), vylučované chemoattractantné alebo chemorepelentné molekuly a rastové faktory. Protokadheríny sú však veľkou rodinou molekúl, ktoré sa podieľajú na regulácii dendritickej arborizácie závislej od kontaktu (a axonálnej expanzie). Konkrétne sa zistilo, že zoskupené protokadheríny regulujú arborizáciu prostredníctvom signalizácie prostredníctvom Rho GTPases (preskúmané [100]). Podmienený knokaut y-protokadherínov v mozgu myši má za následok narušenú dendritickú zložitosť, hoci účinok je primárne relatívne oneskorený v kortikálnom vývoji, od P18 do P28 [67]. Tento relatívne oneskorený účinok závislý od veku je obzvlášť zaujímavý, pretože sa ukázalo, že protokadheríny tiež regulujú samozdanenie sa v tŕňoch dendritu, čo je jav, ktorý je jasne vymedzený P12 [69]. Ďalšie proteíny regulujúce kontakty medzi bunkami, ktoré ovplyvňujú dendritické arborizáciu, zahŕňajú dystroglykán, kontaktín 4 (CNTN4) a interakcie neurexínu (NRXN)-neuroligin (NRLG). Ukázalo sa, že dystroglykán, extracelulárny matricový proteín, stimuluje rast dendritických tŕňov v hipokampálnom myší.Neurónovin vitro spôsobom závislým od kontrolného proteínu bunkového delenia 42 (Cdc42) GTPase [70]. CNTN4, proteín spojený so schizofréniou a najčastejšie sa zistilo, že mení synaptické funkcie, tiež sa ukázalo, že reguluje arborizáciu hipokampálnehoNeurónovMyš [101]. V tomto prípade bol však účinok relatívne malý, čo pravdepodobne odrážalo primárnu úlohu CNTN4 v synapsijovej organizácii, a teda neskoré štádium, v ktorom pôsobí vo vývoji. Neurexín a neuroligin sú adhézne proteíny, ktoré sú tiež primárne spojené so synaptickou tvorbou kvôli ich príslušnej prítomnosti na axónových termináloch a dendritických chrbticiach. V mozgu myší sa ukázalo, že interakcie medzi týmito molekulami sú dôležité pre počiatočnú prechodnú stabilizáciu synapsií, ktoré vyžadujú aktivitu na trvalú stabilizáciu. Blokovanie týchto interakcií má za následok znížený rast dendritickej altánku, ako aj menšiu tvorbu synapsie [102].

Medzi vylučované chemoattractanty, ktoré regulujú dendritické arborizáciu, patria semaforín 3A (Sema3A), štrbinový navádzací ligand 1 (Slit1) a efrén A7 receptor (EphA7). Sema3A, ktorý je chemorepelentom pre axóny, pôsobí ako chemoattractant pre dendrity, podporuje rast a orientáciu primárneho apikálneho dendritu [74] a je nevyhnutný pre sekundárne a terciárne vetvenie [75]. Slit1 je ďalším vylučovaným faktorom, v tomto prípade pracujúcim cez Robo receptor, ktorý stimuluje dendritický rast a vetvenie [71]. Zaujímavé je, že EphA7 sa zdá byť ďalšou regulačnou molekulou, ktorá má rôzne účinky počas celého vývoja, pretože signalizácia EphA7 obmedzuje dendritický rast a skorú tvorbu chrbtice počas skorého vývoja (pred P10 u myši), ale podporuje tvorbu dendritickej chrbtice v neskorších vývojových štádiách [54].

Rodina neurotrofických faktorov, vrátane nervového rastového faktora (NGF), neurotropného faktora odvodeného z mozgu (BDNF) a neurotrofínu-3 a -4 (NT-3, NT-4), ktoré majú viacero úloh pri regulácii vývoja a funkcie mozgu, bola tiež identifikovaná ako prispievajúca kNeuronálnearborizácia a tvorba synapsie. Funkcie BDNF v tomto kontexte boli najviac preskúmané a zistilo sa, že podporujú dendritickú arborizáciu, predovšetkým prostredníctvom aktivácie receptora tropomyozínového receptora kinázy (Trk) B receptora (TrkB, podrobne preskúmané [56]). Zistilo sa tiež, že NT-3, ktorý pôsobí prostredníctvom receptora TrkC, podporuje rast altánok [81]. Zrelé BDNF a NT-3 majú vývojovo špecifický výraz a zdá sa, že prispievajú predovšetkým k neskorším štádiám dendritickej expanzie. V elegantnej štúdii Joo et al. (2014) ukázal, že klesajúca signalizácia NT-3, odvodená od pre-synaptickejNeurónovspôsobom závislým od aktivity znížené predĺženie dendritov z neurónov Purkinje na piálny povrch mozgu myši medzi P7 a P14 (čo vedie k narušeniu, ktoré pokračuje dlhodobo) [81]. Iní výskumníci však preukázali schopnosť inhibície NT-3 z E21 na P7 u myši, aby viedli ku kortikálnym neurónom so zníženými apikálnymi dendritmi pri P7 [56], čo naznačuje, že účinky špecifické pre daný vek sa môžu líšiť v závislosti od oblasti mozgu alebo zdroja NT-3. Opatrenia BDNF v oblasti dendritického vývoja sa ťažšie sumarizujú a môžu byť konštitutívne aj závislé od činnosti [79]. Je pravdepodobné, že molekula tak pleiotropná ako BDNF má podstatné oddelenie svojich signálnych a signalizačných dráh. Na podporu tejto myšlienky sa nedávno ukázalo pomocou rozčlenených kultúr primárnych neurónov hlodavcov, že BDNF z post-synaptických cieľov je schopný viazať sa na TrkB receptory na axónoch a simulovať dendritickú arborizáciu prostredníctvom odlišnej a komplexnej intracelulárnej signalizačnej dráhy [78]. Hepatocytový rastový faktor (HGF) pôsobí aj prostredníctvom svojho tyrozínkinózového receptora (Met v tomto prípade), je dôležitý pri stimulácii mnohých vývojových udalostí a zistilo sa, že podporuje dendritický rast a vetvenie [78,84]. Hepatocytový rastový faktor (HGF) pôsobí aj prostredníctvom svojho tyrozínkinózového receptora (Met v tomto prípade), je dôležitý na stimuláciu mnohých vývojových udalostí a zistilo sa, že podporuje dendritický rast a vetvenie [84]. Je to obzvlášť zaujímavé, pretože sa zistilo, že HGF, rovnako ako u mnohých iných rastových faktorov, sa u pacientov s ASD znižuje [86]. Podobne neuregulíny, členovia rodiny epidermálneho rastového faktora (EGF), boli spojené so zmenenou synaptickou funkciou pri neurologickom ochorení [86]. Ako jeden príklad sa ukázalo, že väzba neuregulínu 1 na EGF receptor ErbB4 mení vypracovanie dendritu a tvorbu synapsie v glutamatergickom a niektorých GABAergických primárnych hipokampálnychNeurónov[103].

Zatiaľ čo následné signálne dráhy neboli stanovené pre všetky vonkajšie regulačné orgány arborizácie, existuje jasne niekoľko spoločných a interagujúcich ciest, ktoré v konečnom dôsledku regulujú organizáciu aktínu a mikrotubuly. Napríklad BDNF je dobre zavedený na zmenu dendritickej arborizácie prostredníctvom PI3K/Akt, proteínu viažuceho odpoveď cAMP (CREB) a ďalších génov včasnej odpovede, ako sú Arc a Rho-GTPases (preskúmané v [79]). Ras- a Rho-GTPases, spolu s mnohými proteínovými kinázami, napr. glykogén syntáza kinázy- 3 (GSK-3) a PI3K a proteín viažuci CREB /CREB (CBP), možno považovať za hlavné regulátory dendritickej arborizácie (preskúmané v [2]). Tieto molekuly majú početné interakcie a môžu priamo alebo nepriamo ovplyvniť cytoskeletálne preskupenie. Napríklad aktívne fosforyláty GSK-3 MACF1 menia jeho interakcie s mikrotubulami a f-aktínom v predných okrajoch rozšírených neuritov [94]. Vyraďovacie experimenty na myši naznačujú, že MACF1 je dôležitý počas celého vývojového procesu, pričom knokaut má za následok zvýšený počet primárnych dendritov, ale zníženú dĺžku dendritickej dĺžky a abnormálnu dendritickú orientáciu, keď sa modifikuje v rôznych štádiách vývoja in vitro, ako aj in vivo [94]. Alternatívnou metódou modifikácie týchto ciest, a teda dendritickej arborizácie, je transkripčné regulátory a remodelačné proteíny chromatínu. ARD1B je príkladom molekuly regulácie chromatínu, ktorá ovplyvňuje produkciu cfos a Arc (prostredníctvom fosforylácie CREB) a mnohých následných ciest, ktoré prispievajú k dendritickému vetveniu [55]. Účinky zmeny väzby ARD1B v mozgu myší (znížený počet a dĺžka apikálnych a bazálnych dendritov, podstatné narušenie piálneho kontaktu, znížený počet a zvýšená nezrelosť dendritických tŕňov) sú zložité a odrážajú kombinované účinky týchto ciest [55].

Zatiaľ čo mnohé z vyššie opísaných mechanizmov sú nezávislé od aktivity, veľká časť dynamickej fázy dendritickej reorganizácie závisí od aktivity. Signalizácia po uvoľnení a väzbe neurotransmitera je nevyhnutná pre stabilizáciu dendritického rastu a tvorby chrbtice a synapsie, pričom mnohé z signalizačných molekúl a následných dráh opísaných vyššie sú dôležité pre cytoskeletálnu reorganizáciu (preskúmané v [2]). Sin et al. (2002) ukázal v optickom tectu žubrienok Xenopus, že svetelná stimulácia zvýšila dendritické arborizáciu mechanizmom, ktorý zahŕňal signalizáciu glutamátových receptorov, čo viedlo k zníženiu aktivity RhoA a zvýšenej signalizácii Rac a Cdc42 [89]. Zaujímavé je, že následná štúdia na myšiach s použitím tmavého chovu na skúmanie účinkov závislých od aktivity na dendritickú arborizáciu ukázala podobné zmeny, ale s výrazne zníženou magnitúdou [89 104]. To naznačuje, že by mohli existovať rozdiely medzi druhmi alebo oblasťami mozgu v príspevku kontroly alebo arborizácie závislej od aktivity. Narušenie procesu signalizácie neurotransmiterov je preto jednoznačne prispievateľom k neurologickej poruche. Transfekcia mutácie GRIN2 špecifickej pre ASD (kódovanie podjednotky receptora GluN2B NMDA) do subpopulácie kultivovanejNeurónovv prítomnosti divokého typu GluN2B ukazuje, že aj malé zmeny v prítomnosti kľúčových génov/proteínov môžu ovplyvniť dendritické arborizáciu [104]. V tomto príklade nedošlo k významnej zmene primárnych neurónov, ale k podstatnému zníženiu vetvenia a zníženiu dĺžky vetiev na všetkých úrovniach dendritického stromu [104].

K dnešnému dňu sa výskum gliového zapojenia do úspešného zapojenia mozgu zameral na účinky astrocytov a mikroglií na úrovni synapsie, konkrétne na reguláciu počtu a štruktúry dendritickej chrbtice a tvorby synapsie, plasticity a funkcie. Existujú podstatné dôkazy o tom, že astrocyty ovplyvňujú tvorbu synapsie prostredníctvom zmesi mechanizmov závislých od kontaktu a vylučovaných faktorov, vrátane trombospondínu, cholesterolu a ApoE, hevinu, transformačného rastového faktora (TFG) - β a chondroitín sulfátu proteoglykánu (preskúmaného [105 106]). Astrocyt –NeuronálneKontakt regulovaný y-protokadherínom sa javí ako dôležitý pre uľahčenie skorých fáz tvorby synapsie [68]. Tajná BDNF sa zdá byť hlavnou hnacou silou tvorby dendritickej chrbtice ovplyvnenej mikrogliálom a existujú aj podstatné dôkazy o mikrogliálnej fagocytóze pre-a post-synaptických prvkov ako súčasti normálneho prerezávania nadbytočných synaptických spojení, najmä tých s nízkou aktivitou (preskúmané [107]). Fagocytóza je regulovaná klasickými imunitnými signalizačnými systémami, ako sú chemokíny (konkrétne Cx3cr1) a komplement (vrátane C3 a C1q; [107–110]). Dôležité je, že hoci nad rámec tohto preskúmania existujú aj podstatné údaje podporujúce úlohu mikroglií a astrocytov pri regulácii synaptickej plasticity v mozgu dospelého človeka (preskúmané [106 107]). K dispozícii sú obmedzené údaje o tom, či tieto gliové bunky prispievajú k skorším štádiám vývoja neurónov, ako je dendritická arborizácia, hoci Yang et al. (2012) [82] preukázali dendritickú arborizáciu závislú od astrocytov v mozgu myši. Zaujímavé je, že táto štúdia naznačila, že knokaut fmr1 astrocytov bol dostatočný na vyvolanie zníženej dendritickej arborizácie v dôsledku nadmernej produkcie NT-3 [82]. Nedávne údaje tiež naznačujú, že astrocyty môžu regulovaťNeuronálnearborizácia prostredníctvom triedy lipoproteínového receptora A opakovaná doména proteínu súvisiaceho s lipoproteínovým receptorom s nízkou hustotou 4 (LRP4, [111]).

5. Potenciálne ochranné regulačné mechanizmy a farmakoterapie

5.1. Genetické rizikové faktory, ktoré menia neuronálnu arborizáciu a spájajú sa s neurovývojovými poruchami

Vysoká frekvencia abnormalít dendritu a chrbtice pri neurovývojových poruchách je spôsobená zmesou genetickej citlivosti a zmeneného prostredia počas vývoja (čo v niektorých prípadoch môže odrážať špecifické zranenie). Mnohé z genetických rizikových faktorov spojených s neurovývojovými poruchami (a neurodegeneráciou) interagujú s molekulárnymi regulátormi dendritického vývoja uvedenými vyššie a sú zhrnuté v tabuľke 2. Najjasnejšia súvislosť medzi genetikou a neurovývojovými poruchami nastáva pri chromozomálnych deléciách/duplikácii (napr. methyl cpg viažuci proteín 2, MeCP2; 22q13 atď.); avšak, ako je postihnutých toľko génov, neurobiológia môže byť ťažké odstrániť (preskúmané v [112]). MeCP2 je transkripčný regulátor, ktorý má významné účinky vývoja mozgu. Účinky tohto génu sú závislé od dávky a pohlavia: Rettov syndróm sa vyskytuje u žien so znížením MeCP2 [112-114] a duplikácia génu vedie k zvýšenému riziku ASD a mentálneho postihnutia, predovšetkým u mužov (preskúmané v [113]). Pokiaľ ide o arborizáciu, nedostatok MeCP2 má za následok zníženie dendritických vetiev, hustotu chrbtice a abnormálnu morfológiu chrbtice [113]. Zaujímavé je, že sa ukázalo, že prozápalový cytokín interleukín-1β interaguje s MeCP2 a ovplyvňuje jeho fungovanie (preskúmané [115]), možným mechanizmom, ktorým by genetické a environmentálne faktory mohli interagovať, aby sa zvýšilo riziko neurovývojovej poruchy.