Взаимосвязь сетей трансдукции LIMK1, GDNF и БТШ

Комплекс явлений нейродегенерации (разрушения и гибели) и регенерации (частичного восстановления) нервной ткани в ответ на значимые изменения внешних и внутренних факторов определяют термином “нейрональная пластичность”, от англ. neuroplasticity (Olie et al., 2004). Нейрональная пластичность тесно связана с синаптической пластичностью. Синаптическая пластичность - способность синапсов к функциональным и морфологическим перестройкам в процессе активности, которая свойственна только химическим синапсам. Перестройки приводят к увеличению либо снижению амплитуды синаптического потенциала. Предполагается, что синапс имеет троичную структуру, где, наряду с хорошо изученными пре- и постсинаптическими нейронами, третьим и мало изученным компонентом является глия, вовлеченная в петлю положительной обратной связи между пре- и постсинапсами (Moises et al., 2002). Продуцируемый глией нейротрофический фактор GDNF, обеспечивает двунаправленную сигнализацию между пре- и постсинапсом (рис. 18) (Sanacora, Banasr, 2013). GDNF увеличивает выживаемость нейронов, дифференцировку, пластичность, синаптические эффективность и стабилизацию за счет пресинаптического действия – повышения секреции нейромедиаторов; его эффекты опосредуются и постсинаптически – посредством NMDA рецепторов (Sanacora, Banasr, 2013).

Рис. 18. Модель синапса (по Sanacora, Banasr, 2013).

Еще одним немало важным фактором поддержания целостности синапсов и дендритов является актиновый цитоскелет и компоненты каскада ремоделирования актина (Lin, Koleske, 2010). Структурно родственные эпидермальному фактору роста трансмембранные белки нейрегулины, цитоплазматический домен которых взаимодействует с внутриклеточной LIMK1, ключевой фермент ремоделирования актина, тоже обеспечивают сигнализацию между пре- и постсинапсом. Ремоделирование актинового цитоскелета определяет локализацию рецепторов нейромедиаторов в синаптических уплотнениях и морфологию шипиков дендритов, тем самым оказывая влияние на синаптическую пластичность – основу процессов обучения и памяти (Pontrello et al., 2010).

Существует и общее звено регуляции экспрессии GDNF и LIMK1 – GDNF-индуцированная клеточная сигнализация, которая по-разному опосредует рост нейритов посредством двух различных изоформ GFRα1 - GFRα1a и GFRα1b. При стимуляции GDNF, GFRα1a, но не GFRα1b, вызывает рост нейритов посредством активации ERK1/2 (extracellular stress-regulated kinases 1/2, ERK1/2) и Rac1 (Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1, Rac1). GFRα1b при стимуляции GDNF подавляет рост нейритов за счет активации RhoA (Ras homolog gene family, member A, RhoA) и ROCK (Rho-associated protein kinase, ROCK) и LIMK1/2 и их субстрата кофилина (Yoong et al., 2009).

Влияние GDNF на синаптическую пластичность – основу процессов обучения и памяти, позволяет получить хорошие результаты при лечении БП с помощью введения GDNF, однако является травматичным для пациента (Slevin et al., 2005). И тут возникает вопрос о доставке клеток-продуцентов НТФ при трансплантационной хирургии. Но трудностью является то, что необходимы регуляторные элементы и промоторы, обеспечивающие бесперебойное функционирование нужных генов в трансформированных стволовых клетках. Среди одних исследований решение видят в промоторах вирусного происхождения (Lim et al., 2010). В других исследованиях, а точнее в российских был предложен новый подход, основанный на использовании хит-шокового (hs) промотора дрозофилы, реагирующего на температуру тела млекопитающих как на шоковый раздражитель и потому приводящий к постоянной экспрессии гена для какого-либо НТФ (Korochkin et al., 2004). Была проведена успешная ксенотрансплантация нейроэктодермальных эмбриональных клеток трансгенной линии дрозофилы, содержащей ген человека gdnf, в затылочную область мозга взрослых крыс. Ксенотрансплантаты переживают в мозге 2 - 3 недели, дифференцируются и формируют синаптические контакты с клетками хозяина. При этом примечательно отсутствие глиального рубца, предотвращение развития которого является одним из условий успеха операции.

Для приживления трансплантата важны белки теплового шока (БТШ), и можно предположить наличие связи между ТШ и GDNF-опосредованной сигнальной трансдукцией, поскольку увеличение уровня GDNF связанно с восстановлением способности к формированию памяти. Действительно, координированное взаимодействие БТШ70 и БТШ90 регулирует активность более 100 белков-клиентов, время полужизни которых увеличивает БТШ90. Примером является встраивание БТШ90 в петлю киназного домена тирозин-киназного рецептора ErbB-2 (лиганд рецептора эпидермального фактора роста EGF, гомологичен TGF-β), что препятствует его гетеродимеризации с ErbB-1 или ErbB-3 (Li et al., 2006) и Ret (Alfano et al., 2010). Изначальный компьютерный поиск последовательностей, аналогичных сайту узнавания БТШ90 в молекуле ErbB-2, позволил получить и последующие экспериментальные доказательства того, что киназный домен LIMK1 несет такую последовательность, а сама LIMK1 – белок-клиент БТШ90 (Li et al., 2006). Комплекс БТШ90 - LIMK1 полиубиквитинируется с помощью кошаперона БТШ70 (Alfano et al., 2010).

Возможно, что увеличение экспрессии БТШ при тепловом шоке усиливает активность RET рецепторов и способствует эффективной передаче сигнала. Поскольку при повреждениях мозга разной этиологии наблюдается синтез БТШ, то, вероятно, таким способом опосредуются нейропротективные эффекты GDNF.

Известно, что GDNF человека не связывается с RET-рецепторами дрозофилы (Abrescia et al., 2009). Предположительно, участие БТШ в работе RET-рецептора способствует принятию им конформации, разрешающей соединение с лигандом человека с последующим запуском каскада сигнальной трансдукции. Также GDNF активирует внутриклеточные каскады через GFRα независимо от Ret (Saavedra et al., 2008).