Семейство хеморепеллентов, семафорины
Другими белками, которые играют роль хеморепеллентов, являются семафорины, большое семейство секреторных и трансмембранных белков (рис. 1А). Первоначально они были идентифицированы как факторы, управляющие ростом аксона у кузнечиков, и были признаны хеморепеллентами. Затем был обнаружен и выделен в чистом виде гомолог этого белка у позвоночных, коллапсин-1, который, как было показано, приводит к ретракции конусов роста в культуре клеток. Он также способен управлять на длинных дистанциях ростом аксона, вызывая его отклонения. Нейропилины являются высококонсервативным семейством рецепторов к семафоринам (рис. 1В).
Модуляция ответов на хеморепелленты и хемоаттрактанты
На пути передачи сигналов, которые обеспечивают ответы клетки на хемоаттрактанты и хеморепелленты, можно влиять при помощи кальций-зависимых протеинкиназ и протеинкиназ, зависящих от концентрации циклических нуклеотидов. Например, в культуре спинальных нейронов Xenopus активация пути циклических нуклеотидов более благоприятна для сигналов аттракции; ингибирование этих путей приводит к отталкиванию конуса роста. Таким образом, источник нетрина-1 притягивает конус роста культивированных спинальных нейронов Xenopus. Однако при добавлении ингибитора протеинкиназы А конусы роста поворачивали прочь от источника нетрина. С другой стороны, конусы роста Xenopus в нормальных условиях направляются прочь от источника коллапсина-1; эти отталкивающие эффекты становятся привлекающими после активации сигнальных путей, связанных с цГМФ. В среде с низким содержанием кальция исчезают все типы ответов (как привлекающие, так и отталкивающие), а скорость роста возрастает.
|
|
|
Рис. 1АВ. Семафорины и нейропилин обеспечивают хемоаттракцию и хемоотталкивание на близких и дальних дистанциях. (А) Домен sema (полоски) характеризует все шесть классов семафоринов которые включают секреторные (II и III) и связанные с мембраной (I, IV-VI) формы. Внеклеточные регионы также содержат домены, напоминающие иммуноглобулины (кружочки), повторы тромбосподина I типа (овалы), и домены, богатые щелочными аминокислотами (полоски). Цитоплазматические домены короткие и имеют большую вариабельность. (В) Нейропилин — рецептор семафорина. Во внеклеточном регионе домены a1 и а2 (также называемые CUB последовательностями) схожи с доменами комплементарных факторов С1а и C1s, протеином костного морфогенеза 1 и несколькими металлопротеиназами. Домены b1 и b2 повторяют домены факторов свертывания V и VIII. С область содержит МАМ домен, последовательности которого обнаружены в тирозинфосфатазе Ми, А5/нейропилине и метал лоэндопептидазе меприне. Короткий цитоплазматический конец остается высококонсервативным от вида к виду. |
Иннервация клетки-мишени
Механизмы управления конусов роста, описанные до сих пор, направляют аксон к его конечной цели. Однако проблема того, как каждый аксон подходит к своей клетке-мишени, остается открытой. Путь, по которому ганглиозные клетки сетчатки иннервируют свои клетки-мишени в области передних бугров покрышки, является примером того, какие сигналы обеспечивают достижение правильного паттерна иннервации. Во время развития аксоны ганглиозных клеток задней или височной (temporal) части сетчатки направляются для иннервации в переднюю часть тектума, а клетки передней (nasal) части сетчатки направляются для иннервации задней части тектума (рис. 2).
|
|
|
Рис. 1CD. (С и D) Семафорим III (Sema3A) — хемореппелент дальней дистанции для сенсорных аксонов. Спинальный ганглий эмбриона крысы (слева на каждой панели) культивировали в течение 48 часов рядом с агрегатами COS клеток. Белыми кружками показаны контуры ганглия. Для того чтобы вызывать рост сенсорных волокон малого диаметра в среду был добавлен ФРН. (С) Контрольные COS клетки. Аксоны растут в виде венчика. (D) COS клетки, секретирующие рекомбинантный Sema3A. Sema3A отталкивает аксоны. |
В элегантной серии экспериментов Бонхоеффер с коллегами продемонстрировали, что аксоны определяют территории своей иннервации посредством отталкивающих взаимодействий, которые предотвращают вторжение аксонов височной зоны в область задней части тектума. Ганглиозные клетки височной сетчатки были помещены в культуру, где рядом с ними находились поверхности, покрытые мембранами, выделенными либо из передней, либо из задней области тектума. В этих условиях аксоны отталкивались мембранами из задней части тектума и росли преимущественно в направлении мембран своих естественных мишеней, мембран передней части тектума. Любопытно, что аксоны сетчатки, не имея подобного выбора, быстро растут в направлении любого субстрата, как из передней, так и из задней части тектума.
Молекулы, ответственные за такие отталкивающие взаимодействия, принадлежат к семейству рецепторов, связанных с тирозинкиназой (известных как Eph киназы), а также их лигандов (называемых эфринами, ephrines). Эфрин-А2 и эфрин-5 экспрессируются в тектуме во время образования ретинотектальных связей, и их концентрация постепенно увеличивается в направлении спереди назад. Рецептор к Eph-АЗ экспрессируется на аксонах клеток сетчатки соответственно назотемпоралыюму градиенту. При заключении в липидные пузырьки и добавлении в среду, омывающую аксоны клеток височной части сетчатки, эфрины А2 и А5 вызывают отделение конусов роста от субстратов и их ретракцию. Эфрины и семейство Eph рецепторов, связанных с тирозинкиназой, действуют во всех частях развивающейся нервной системы, влияя на нахождение пути аксоном, миграцию клеток, образование связей между ними, в основном демонстрируя сходный отталкивающий механизм.
Одного рострокаудального градиента недостаточно для того, чтобы аксоны клеток сетчатки правильно достигли своего окончательного месторасположения в тектуме. Более поздние изменения в рострокаудальных проекциях основываются как на определенно расположенных химических сигналах, так и на механизмах, зависящих от активности нейронов
Образование синапсов
Как только конус роста достигает своей мишени, он должен установить синаптический контакт, часто имеющий специфическое расположение на клетке-мишени. Анализ механизмов, благодаря которым формируются такие четкие связи в пределах ЦНС, является основной проблемой. Предпочтительным препаратом для изучения образования синаптических связей является нервно-мышечное соединение в скелетной мышце позвоночных.
Накопление рецепторов к ацетилхолину
