Участь гіпокальцину в NMDA-рецептор залежній довготривалій синаптичній депресії
No Thumbnail Available
Date
2025
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Довготривала синаптична пластичність є фізіологічним підґрунтям процесів запам’ятовування, набуття навичок і формування досвіду. Одним з основних різновидів довготривалої пластичності в глутаматергічних синапсах є NMDA-рецептор залежна довготривала синаптична депресія (long-term depression/LTD). В основі розвитку LTD є тривале зменшення кількості глутаматних AMPA-рецепторів на мембрані постсинаптичного нейрона, що призводить до зниження здатності окремих синапсів передавати збудливі сигнали. Широко відомо, що розвиток LTD відбувається у відповідь на тривалу, але низькочастотну, активацію синапсів і вторинним посередником в цьому процесі виступають іони Ca2+ які на початкових етапах індукції LTD надходять через активовані глутаматні NMDA-рецептори. Подальші сигнальні каскади провокують дисоціацію AMPA-рецепторів з ділянки постсинаптичної щільності та їх вилучення з плазматичної мембрани дендрита шляхом клатрин-опосередкованого ендоцитозу (clathrin-mediated endocytosis/CME). Однак точні механізми що забезпечують Ca2+-залежність і локалізацію CME в процесі індукції LTD залишались маловивченими. Наявні дослідження висували нейронний Ca2+-сенсорний білок гіпокальцин (hippocalcin/HPCA) на роль потенційної сигнальної ланки в індукції LTD. Особливість HPCA полягає в наявності міристильного перемикача, залишку жирної кислоти на N-кінці білка, що вивільняється з гідрофобної кишеньки молекули після зв’язування з Ca2+. Це обумовлює здатність HPCA до Ca2+-залежного та оборотного вбудовування до ліпідних мембран. Згідно з попередніми дослідженнями, HPCA забезпечує Ca2+-залежне доставлення до поверхні мембран комплексу адаптерних білків 2, що взаємодіє з AMPA-рецепторами та ініціює CME. Однак ці дослідження ґрунтувались виключно на біохімічних, імунологічних на непрямих електрофізіологічних методах, без прямого спостереження за досліджуваними білками в процесі індукції LTD. Тому метою дисертаційного дослідження було визначити участь HPCA в процесі індукції NMDA-рецептор залежної LTD з використанням методів флуоресцентного мічення білків і флуоресцентної візуалізації їх переміщень і взаємодій у живих клітинах.
Для фармакологічної індукції NMDA-рецептор залежної LTD в первинній культурі нейронів гіпокампа було розроблено та валідовано нову методику тривалих локальних іонофоретичних прикладань NMDA. Новий підхід дозволив гнучко та ефективно моделювати LTD у поодиноких нейронах. Можливість застосовувати іонофорез для тривалих прикладань будь-яких полярних водорозчинних речовин в широкому спектрі експериментальних підходів робить створений метод перспективною альтернативою обробки всіх клітин в зразку розчином із фармакологічними препаратами (bath-application).
У дослідах із використанням флуоресцентної мітки постсинаптичної щільності (PSD95) було оцінено просторові характеристикам Ca2+-залежного перерозподілу HPCA в дендритному дереві у відповідь на активацію NMDA-рецепторів. Виявлено, що регіони вбудовування HPCA є гетерогенними вздовж всього дендритного дерева та спостерігається значне накопичення HPCA в дендритних шипиках. Важливо зауважити, що вбудування HPCA в межах дендритних шипиків спостерігались виключно в регіонах, що оточували постсинаптичну щільність. Виявлені регіони цитоморфологічно відповідають зонам ендоцитозу, регіонам що забезпечують активне вилучення синаптичних рецепторів. Подальші прямі спостереження за взаємною локалізацією та потенційною взаємодією між HPCA та beta-субодиницею комплексу адаптерних білків 2 (AP2B1) як у контрольних умовах, так і процесі індукції LTD були проведені з використанням підходів для детектування Фьорстеровського резонансного перенесення енергії (FRET). В структурі дендритних шипиків було виявлено значущі рівні FRET
до початку індукції LTD. Натомість у відповідь на протокол індукції LTD збільшення рівнів FRET спостерігалось як в дендритних шипиках, так і значних ділянках вздовж стовбуру дендрита, а по завершенню протоколу величина FRET не демонструвала повернення до початкових значень. Це є вагомими свідченнями щодо взаємодії між HPCA та AP2B1, яка може обумовлювати як конститутивний трафік рецепторів в зонах ендоцитозу дендритних шипиків, так і необоротне збільшення рівня ендоцитозу AMPA-рецепторів на стадіях індукції та підтримання LTD.
Description
Оліфіров Б.О. Участь гіпокальцину в NMDA-рецептор залежній довготривалій синаптичній депресії – кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 09 – Біологія за спеціальністю 091 – Біологія. Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України, Київ, 2025.
Keywords
Мозок, гіпокамп, пам’ять, довготривала пластичність, збу- дливість, синаптична передача, глутаматні рецептори, трафік рецепторів, каль- цієва сигналізація, гіпокальцин, культури клітин, візуалізація живих клітин, іо- нофорез, FRET