Нейрохимия, 2021, T. 38, № 3, стр. 195-204

РЕПОЛИМЕРИЗАЦИЯ АКТИНА ПРИ ДОЛГОВРЕМЕННОЙ ПОТЕНЦИАЦИИ

Одним из ключевых процессов, происходящих в синапсах при их структурно-функциональных модификациях, является реполимеризация актиновых филаментов [4, 5]. Об этом свидетельствуют исследования долговременной пластичности синапсов [6–10], основные результаты которых соответствуют изменениям в гиппокампе обучающихся животных [11, 12]. Полагают, что перепрограммирование актинового цитоскелета позволяет преодолеть устойчивое состояние синапса [13–15] и стабилизировать структурные последствия модификаций при “обучении” [2, 16].

При исследовании долговременной синаптической пластичности с использованием модели долговременной потенциации (LTP) было обнаружено, что для консолидации первичных модификаций необходима полимеризация актина [5–8, 10, 13–16]. Объясняя эти результаты, авторы предположили, что сразу после индукции образуются новые актиновые филаменты [14], которые в течение так называемой ранней фазы LTP (10–30 мин после индукции [17]) остаются неустойчивыми и легко реагируют на любые депотенциирующие сигналы [6, 8, 13, 14]. После стабилизация такие филаменты, по всей вероятности, приобретают защиту от действия дестабилизирующих факторов и, в частности тех, которые приводят к деполимеризацию актина [10, 12–15, 18].

Подавляющее большинство этих публикаций основное внимание уделяют постсинаптическому компартменту [19–22]. В частности, было обнаружено, что образование F-актина усиливается при индукции LTP, что обеспечивает рост шипиков, который наблюдается в фазе консолидации [7–9, 15, 16, 18, 22]. Вместе с тем, авторы одной из цитируемых работ обращают внимание на сходство структурных модификаций шипиков с поведением конусов роста аксонов [16]. Таким образом, не исключено, что полимеризация актина может иметь отношение и к пресинаптической потенциации.

LTP И ПРЕСИНАПТИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ

Очевидно, что после всех преобразований, связанных с реорганизацией постсинаптического компартмента, для образования полноценного контакта необходима сопряженность структурных модификаций пре- и постсинапса [23–26]. Известно, что пресинаптическая и постсинаптическая LTP может развиваться в одних и тех же синапсах [27–29], что типично для некоторых отделов гиппокампа [30–33]. К сожалению, эта область исследования представлена лишь немногочисленными исследованиями, косвенно свидетельствующими о влиянии пресинаптических модификаций на процесс консолидации [23, 34–36]. Вполне вероятно, что пресинаптические модификации, так же, как и в постсинапсе, тесно связаны с реорганизацией актинового цитоскелета [24], а заякоривание актиновыми филаментами всех наиболее известных молекул клеточной адгезии может способствовать согласованным модификациям пресинаптического и постсинаптического компартмента [25]. Очевидно, что от этих механизмов в равной степени зависят структурно-функциональные особенности и пресинаптического, и постсинаптического компартмента.

ФУНКЦИИ ПРЕСИНАПТИЧЕСКОГО АКТИНА. ЭВОЛЮЦИОННЫЙ ПОДХОД

Литературные данные об участии актина в регуляции пресинаптических функций представлены преимущественно работами, использующими в качестве объекта исследования беспозвоночных животных [37–41]. Пресинаптический компартмент центральной нервной системы позвоночных животных в силу некоторых методических ограничений менее доступен для исследования. Однако консервативность организации секреторного аппарата, по мнению большинства авторов, позволяет предполагать сходство молекулярных механизмов пресинаптической пластичности [40, 42, 43]. В частности, одним из общих для всех синапсов компонентов пресинаптического компартмента является актин [38, 44–46]. Его роль в регуляции эффективности синаптического проведения подтверждается в экспериментах на культуре центральных нейронов позвоночных животных, в том числе гиппокампа [3, 4, 46–50].

АКТИНОВЫЙ ЦИТОСКЕЛЕТ ПРЕСИНАПСА

В пресинаптическом компартменте актиновые филаменты образуют хорошо выраженный слой, выстилающий изнутри зону синаптического контакта. Кроме того, обогащенный актином цитоматрикс окружает активную зону пресинапса [37, 38, 46], причем часть филаментов соседствует с везикулами активной зоны [37, 38, 47]. Так же, как и в других клеточных компартментах, актиновые филаменты пресинапса образуют структурный каркас, удерживающий участвующие в регуляции секреции белки. Кроме того, образованные F-актином филаменты отвечают за транспорт и заякоривание везикул и участвующих в регуляции секреции белков в активную зону пресинапса [4, 39, 51–54]. В дополнение к этому, актиновый цитоскелет может ограничивать латеральную диффузию белков [46, 54–56], тем самым способствуя образованию функционально активных комплексов.

Исследования на простых нервных системах и культуре нервных клеток, в том числе и гиппокампа, свидетельствуют, что актин участвует в обновлении кластеров, эндоцитозе и рециркуляции везикул [4, 37, 38, 47, 48, 54, 57–59]. Экспериментальной основой этих представлений являются исследования, демонстрирующие основополагающую роль актина в формировании и дальнейшем развитии созревающих синапсов [60].

ПРЕСИНАПТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ АКТИНА ЗРЕЛЫХ СИНАПСОВ

Не так очевидны результаты исследования функций пресинаптического актина зрелых синапсов. С возрастом секреторный аппарат становится менее подверженным действию ограничивающих целостность актиновых филаментов препаратов, и в стационарных условиях не всегда удается обнаружить нарушения синаптической передачи после их аппликации [46, 48, 50]. На основании наблюдений за поведением созревающих синапсов было высказано предположение, что актин постепенно теряет связь с регуляторными функциями и в полностью созревших синапсах используется только в качестве цитокелета [46]. Полагают, что неоднозначность или отсутствие эффектов может объясняться простой суммой нарушений двух противоположных функций актинового цитоселета [4, 49], который в качестве барьера ограничивает секрецию [47], но при этом способствует мобилизации синаптических везикул. Не исключено, однако, что после созревания и стабилизации центральных синапсов высших позвоночных животных механизмы регуляции пресинаптического высвобождения медиатора становятся в той или иной степени независимыми от актинового цитоскелета.

Действительно, при созревании синапсы приобретают новые качества, и это, по-видимому, затрудняет выявление актин-зависимых механизмов. Главными детерминантами, определяющими вероятность выброса медиатора, становятся активность пресинаптических кальциевых каналов и специфический паттерн экспрессии входящих в состав SNARE комплекса везикулярных белков, по-разному реагирующих на входящий в пресинаптическое окончание кальций [61–64]. Аналогично, стелажные функции актина все больше замещаются другими стелажными белками [46, 60], хотя некоторые из них, в частности белки семейства PSD-95 или Bassoon, продолжают взаимодействовать с актином [47, 60].

История на этом не заканчивается и при обсуждении пресинаптических механизмов долговременной пластичности заслуживает внимания тот факт, что и после созревания центральных синапсов позвоночных животных актин не теряет своего значения, при необходимости включаясь в регуляцию секреции медиатора. Далее изложены аргументы, предполагающие активное участие пресинаптического актина в модификациях эффективности синапсов.

Каждый пресинаптический бутон заполнен везикулами, но только их небольшая часть готова к немедленному экзоцитозу [63]. Хотя четкой границы не существует, при аналитическом описании всего разнообразия механизмов, вовлеченных в регуляцию пресинаптических функций, их принято относить к пулу готовых к высвобождению везикул (readily releasable pool, RRP). Величина этого пула и вероятность выброса каждой из везикул являются ключевыми факторами, от которых и зависит эффективность синапса [63, 65, 66]. Число готовых к высвобождению везикул непостоянно и контролируется целой системой внутриклеточных посредников, включая актин [62, 66].

УЧАСТИЕ АКТИНА В ПОДДЕРЖАНИИ ПУЛА ГОТОВЫХ К ВЫСВОБОЖДЕНИЮ ВЕЗИКУЛ

С одной стороны, взаимодействие синаптических везикул резервного пула с актиновыми филаментами ограничивает их перемещение непосредственно в область активной зоны [45, 60]. С другой стороны, везикулы RRP пула, по некоторым данным, также могут взаимодействовать с актиновыми филаментами [60]. Не исключено, такие филаменты могут иметь отношение к удерживанию синаптических везикул в активной зоне, хотя большинство исследователей склоняются к тому, что их появление в активной зоне может быть связано с транспортной функцией актина. Так или иначе, присутствие актиновых филаментов скорее способствует, чем препятствует большей концентрации синаптических везикул в активной зоне [60].

Фармакологическое разрушение актиновых филаментов приводит к уменьшению пула доступных для секреции везикул, хотя, по мнению авторов, наиболее существенной для этого эффекта мишенью являются филаменты, расположенные латеральнее активной зоны [37]. Объясняя этот факт, авторы предположили, что актиновые филаменты имеют отношение к транспорту везикул в ту зону, где происходит экзоцитоз. Интересно, что баланс между взаимодействующими с синаптическими везикулами и расположенными более латерально актиновыми филаментами непостоянен и зависит от синаптической активности [37]. Эту точку зрения разделяют авторы некоторых других работ [38, 47, 62].

В культуре нейронов гиппокампа объем RRP зрелых синапсов также заметно сокращается на фоне ингибитора полимеризации актина цитохалазина D [50], поэтому вполне вероятно, что по сути своей тот же механизм мобилизации синаптических везикул, за исключением некоторых особенностей молекулярного обеспечения, может сохраняться в течение всей жизни. В том числе, предполагается участие пресинаптического актина в прайминге так называемых быстрых везикул [53, 62]. К тому же, актиновые филаменты являются структурным каркасом, обеспечивающим поддержание миозина [16, 67], также участвующего в рециркуляции везикул [47, 62].

Готовность везикул к экзоцитозу зависит не только от интенсивности входящего кальция, но и от степени их удаленности от активных в данный момент каналов [68–70]. Исследование условий активации возбудимых клеток показало, что взаимодействие актиновых филаментов с Ca_Vβ субъединицами кальциевых каналов имеет отношение к регуляции транспортных функций [71]. В пресинаптических окончаниях такое взаимодействие может способствовать направленному транспорту везикул непосредственно к источнику сигнала [4, 49, 72], и, соответственно, восстановлению пула готовых к употреблению везикул [50]. Этот механизм особенно необходим в условиях повышенной синаптической активности. Более того, в экспериментах на культуре нейронов гиппокампа было обнаружено, что RRP не только легче восстанавливается, но и растет при увеличении экспрессии ассоциированной с актином Ca_Vβ субъединицы, что сопровождается увеличением спонтанной и вызванной секреции [50]. Этот эффект блокируется цитохалазином D [50].

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АКТИНА С СИНАПСИНОМ ПРИ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ВЕЗИКУЛ

Участие актина в подготовке секреторного аппарата к экзоцитозу осуществляется в тесном взаимодействии с синапсином [37, 73]. Синапсины относятся к семейству фосфопротеинов, непосредственно ассоциированных с синаптическими везикулами и актином [37, 73, 74]. Развитию представлений о механизмах совместного участия синапсинов и актина в мобилизации синаптических везикул немало способствовали исследования in vitro [37]. Взаимодействие синапсинов с актином регулируется их фосфорилированием [73, 75]. Дефосфорилированный синапсин прочно связан с молекулами актина, но сразу же отсоединяется от них при фосфорилировании [73, 75]. Это освобождает везикулы, делая их доступными для экзоцитоза [37]. Вслед за этим синапсин направляется в зону эндоцитоза, где вступает во взаимодействие с молекулами мономерного G-актина, что стимулирует образование нового актинового матрикса и его ассоциацию с восстановленными после эндоцитоза везикулами [37, 38].

К наиболее изученным фосфорилирующим синапсин протеинкиназам относится CaMKII [76]. В результате такого фосфорилирования увеличивается пул готовых к экзоцитозу везикул [76, 77]. MAPK фосфорилирует синапсин по другим сайтам, при этом основной эффект разобщения с актиновыми филаментами не изменяется, за исключением некоторых функциональных особенностей. В частности, сайты фосфорилирования MAPK, которые имеют отношение к регуляции секреции, в отличие от сайтов CaMKII, находятся в фосфорилированном состоянии в обычных условиях и дефосфорилируются кальцинейрином при деполимеризации пресинаптического окончания [78]. Таким образом, MAPK и кальцинейрин, скорее всего, задействованы на стадии рециркуляции везикул [38]. Ингибиторы MAPK ограничивают фосфорилирование синапсина и это приводит к снижению секреции [78].

В зрелых синапсах главной функцией синапсина является кластеризация рецепторов и восстановление пула доступных для экзоцитоза везикул [37, 38]. Благодаря взаимодействию с синапсином, актиновые филаменты отвечают, главным образом, за образование и поддержание резервного пула везикул [45, 60, 79]. Дефицит синапсинов приводит к истощению запасов синаптических везикул и ухудшению их рециркуляции [79, 80]. При этом обедняется латеральный актиновый матрикс и уменьшается число везикул в кластере [38]. Этот факт наглядно демонстрирует, что синапсин, по всей вероятности, оказывает влияние на опосредованные актином механизмы рециркуляции везикул. Полагают, что влияние этого механизма распространяется прежде всего на везикулы резервного пула, а содержание везикул в активной зоне, вероятно, в меньшей степени зависит от синапсинов [80]. Интересно, что такое же снижение числа везикул обнаружено при дефиците стабилизирующих F-актин белков [81].

ПРЕСИНАПТИЧЕСКИЙ АКТИН И ВЕРОЯТНОСТЬ ВЫБРОСА МЕДИАТОРА

Пресинаптический потенциал действия стимулирует вход кальция и экзоцитоз, причем число участвующих в экзоцитозе везикул, зависит не столько от числа готовых к экзоцитозу везикул, сколько от вероятности выброса медиатора [82], тем более, если сравнивать между собой разные синапсы. После аппликации приостанавливающего процесс полимеризации актина препарата на культуру нейронов гиппокампа, авторы обнаружили множественные эффекты, в том числе увеличение амплитуды вызываемых стимуляцией пресинаптических входов синаптических потенциалов, которое сопровождалось снижением фасилитации при парной стимуляции (PPF) [47]. PPF тест часто используют для определения вероятности выброса медиатора, и снижение PPF может быть признаком ее увеличения [65, 83].

В настоящее время не существует достаточно обоснованных представлений о механизмах влияния актина на вероятность выброса медиатора. Одним из возможных объяснений может быть зависимость вероятности выброса от величины RRP пула [84, 85]. Действительно, в условиях снижения величины входящего кальциевого тока, которое наблюдается, в частности, при деполимеризации актина [86], синаптическая депрессия сопровождается увеличением PPF [87].

Разнообразие эффектов при опустошении депо не всегда подтверждает такую закономерность [88, 89]. Тем не менее, сама возможность увеличения вероятности выброса позволяет предположить, что это может быть связано с истощением RRP вследствие увеличения спонтанной секреции при деполимеризации актина и ослаблении его барьерных функций. Однако маловероятно, что нарушение барьерных функций может объяснить полученные результаты. Во-первых, против этого свидетельствует увеличение амплитуды вызванных ВПСП, которое сопровождается удлинением актиновых филаментов [47]. Сами авторы считают, что барьерные функции даже улучшаются. К тому же, при аппликации цитохалазина D этот эффект не воспроизводится [47]. Что касается частоты спонтанных ВПСП, результаты не всегда совпадают и, как показано в другой работе, она может даже снижаться [48]. А главное, активирующее влияние латрукулина А на спонтанные и вызванные стимуляцией синаптические потенциалы не сопровождалось истощением RRP [47] и, следовательно, вероятность выброса медиатора увеличивалась по другим, пока не очень ясным причинам. Тот факт, что введение фалоидина в постсинаптический нейрон не блокирует этот эффект латрукулина А, позволяет исключить участие постсинаптических механизмов [47]. К тому же, в этой и других работах не наблюдалось изменения амплитуды спонтанных ВПСП [47, 48]. Возможно, имеет значение расположение везикулы относительно канала [71, 90]. Известно, что синаптические везикулы, в зависимости от состава ассоциированных с ними белков, могут иметь разную вероятность выброса и эффективность пополнения медиатора [63]. В связи с этим обсуждается возможность направленного транспорта везикул с разной вероятностью выброса медиатора [61]. Экспрессия специфических маркеров могла бы обеспечить распределение везикул [91]. Авторы допускают такую возможность, хотя неизвестно, как это связано с цитоскелетом [61].

ПРЕСИНАПТИЧЕСКИЙ АКТИН И КРАТКОВРЕМЕННАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ

Еще более важным свойством межнейронных взаимодействий при реализации приспособительного поведения является их участие в генерации временного паттерна активации участвующих в нем нейронов. Кратковременная синаптическая пластичность позволяет обеспечить последовательное включение нейронов, создавая пространственно-временной паттерн активации нейронного ансамбля в целом. Нейроны, слабо реагирующие на первичный сигнал, не сразу вовлекаются в реализацию функций, но фасилитация синаптических входов на какое-то время увеличивает вероятность их последующей активации. Другие, уже выполнившие свою функцию нейроны могут дальше не участвовать в реализации функций, и в активирующих их синапсах развивается кратковременная депрессия. Исследования кратковременной синаптической пластичности используют целый ряд методических подходов, одним из которых является метод парной стимуляции моносинаптических входов с разными межстимульными интервалами.

Считается, что феномен парной фасилитации (PPF) имеет преимущественно пресинаптическую природу [92] и связан со следовыми эффектами, возникающими в пресинапсе после прохождения потенциала действия, в частности, с постепенным удалением ионов кальция в течение десятков миллисекунд [93]. Число вовлекаемых в экзоцитоз везикул зависит от концентрации кальция и это определяет увеличение секреции при повторной активации на фоне остаточного кальция. Во-первых, увеличение остаточного кальция создает дополнительные сайты секреции. Во-вторых, на остаточный кальций реагируют Са²⁺ сенсоры, в том числе те, которые модулируют активность пресинаптических кальциевых каналов [94]. События развиваются в зависимости от того, какой из Са²⁺ сенсоров вступает в реакцию [94–96]. Характер кратковременных модификаций зависит также от экспрессии Ca_vβ субъединиц. В частности, экспрессия Ca_Vβ₄ способствует PPF, а кратковременную депрессию при парной стимуляции (PPD) связывают с Ca_vβ_2a субъединицей [97]. Активирующее влияние Ca_Vβ₄ прекращается после разобщения с актином [50].

Помимо основного, реакция на парную стимуляцию включает также ряд других сопутствующих механизмов, как правило, подавляющих PPF. Значимый вклад в снижение PPF вносят модификации постсинаптических рецепторов и модулирующее влияние входов другой медиаторной специфичности, преимущественно тормозных. Степень участия этих механизмов и их зависимость от актина не имеют прямого отношения к цели данного обзора и будут подробно рассмотрены в дальнейшем.

Изменение реакции при повторной активации может быть в той или иной степени связано с частичными потерями медиатора, особенно если до этого синапсы были более активны. С одной стороны, актин необходим для быстрого восстановления запасов медиатора [57, 98]. Обнаружено, что взаимодействие актина с Ca_Vβ₄ ускоряет восстановление пула доступных для экзоцитоза везикул [50]. В частности, от этого зависит быстрый, независимый от клатрина эндоцитоз, который происходит не больше чем за 50–100 мс по соседству с активной зоной [50]. Если объем RRP при этом увеличивается, очевидно, что это может приводить к увеличению PPF. В некоторых синапсах обнаружено, что и другие виды эндоцитоза также зависят от актина [59]. С другой стороны, из-за того, что фосфорилированный синапсин быстро связывается с F-актином, часть везикул остается за пределами активной зоны [62, 99], так что объем RRP и, соответственно, PPF уменьшается.

Необходимо отметить, что в процессе эндоцитоза с участием синапсина могут происходить отклонения, которые приводят не только к перераспределению синаптических везикул, но и к реорганизации структуры актинового матрикса. Актиновые филаменты состоят из молекул полимеризованного F-актина, но в тех же пресинаптических компартментах обнаруживается достаточно много диффузно распространенного мономерного (глобулярного) G-актина, который образуется в том числе и при рециркуляции везикул [100]. Образовавшийся G-актин вновь используется для образования F-актина и обновления цитоматрикса, а способность синапсина удерживать молекулы G-и F-актина на близком расстоянии друг от друга способствует его полимеризации [74, 101]. Характер взаимоотношений синапсинов с актином, в том числе их “полимеризующий потенциал”, модулируется целым рядом регулируемых кальцинейрином белков [38].

Динамический баланс фосфорилированного и дефосфорилированного синапсина при разных режимах активации создает условия для постоянного обновления актиновых филаментов, что, в свою очередь, влияет на распределение ассоциированных с синапсином везикул [38]. По некоторым данным это может происходить не только в зоне эндоцитоза, но и внутри уже сформированных кластеров [38]. Вероятно, по этой причине изменение электрической активности может влиять на размер RRP [66].

ПРЕДПОЛАГАЕМЫЕ ФУНКЦИИ АКТИНА В ДОЛГОВРЕМЕННОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ

Роль актинового матрикса в регуляции секреции медиатора позволяет предположить, что его реорганизация, так же, как и в постсинапсе, может иметь отношение к пресинаптическим механизмам долговременной пластичности [4]. Наблюдения за поведением актиновых филаментов in vitro показывают, что большинство из них являются достаточно стабильными, другие же находятся в неустойчивом состоянии [39, 46]. Как правило, это короткие, склонные к деполимеризации филаменты, которые реагируют на подведение латрукулина А, быстро образуются и также быстро исчезают [47].

Так же, как и в постсинапсе, перераспределение пресинаптических филаментов зависит от электрической активности [38, 39, 46]. При активации плотность окружающих везикулы филаментов увеличивается за счет мобилизации из соседних областей и образования новых [38, 46]. Их увеличение в активной зоне по сравнению с состоянием покоя обнаруживается уже через 2 минуты после начала стимуляции [38]. Оказалось, что в основном нестабилен именно этот, вновь образованный F-актин [37].

Согласно развиваемым здесь представлениям, дестабилизация синапсов необходима для начала тех преобразований, которые могли бы обеспечить долговременное поддержание нового функционального состояния “обученного” синапса [2, 14, 60]. Полагают, что актин является главной мишенью для дестабилизирующих и стабилизирующих сигналов [10, 14, 17, 60]. В настоящее время неясно, связана ли ранняя стадия консолидации только с образованием новых короткоживущих филаментов [14], или же деполимеризация ранее существующих тоже необходима, как минимум, для обеспечения двигательной активности.

Не вызывает сомнения тот факт, что полимеризация и деполимеризация актина играет ключевую роль в структурных изменениях пресинаптического компартмента за счет реорганизации цитоскелета [25, 102]. Вместе с тем, экспериментальных данных явно недостаточно, чтобы подтвердить возможность участия деполимеризации пресинаптического актина в дестабилизации синапсов на ранней стадии консолидации. Такая возможность не исключается благодаря наличию деполимеризующих актин регуляторных белков, реагирующих на активацию и участвующих в пресинаптической пластичности [4].

Актин-связывающий белок профилин участвует в обеспечении динамической нестабильности и реструктуризации актинового цитоскелета. Вместе с динамином и актином, с ним ассоциирован синапсин [103], что позволяет предположить его участие в эндоцитозе и рециркуляции везикул [38, 100]. Деполимеризация происходит при дефосфорилировании кофилина [104], активации миозина II [105], что может влиять на активность NMDA каналов [106]. Образованные в результате деполимеризации мономеры используются для образования новых молекул F-актина и удлинения старых. Не исключено, что при долговременной пластичности увеличение числа мономеров или их баланса с F-актином, вероятно, каким-то образом стимулирует процесс сборки и поэтому блокада миозина II ингибирует LTP [16].

После фосфорилирования кофилин инактивируется, что останавливает процесс деполимеризации и способствует дальнейшей полимеризации и росту филаментов [107]. Показано, что фосфорилирование кофилина происходит вслед за высокочастотным раздражением синаптических входов [16] и может иметь отношение к механизмам поддержания LTP в фазе стабилизации [10, 14]. К стабилизации F-актина в активной зоне пресинапса имеет отношение piccolo и некоторые другие регуляторные белки, функции которых связывают с обеспечением готовности синаптических везикул к экзоцитозу [62, 81, 108].

ИНГИБИТОРЫ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ И ДЕПОЛИМЕРИЗАЦИИ АКТИНА КАК МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМОВ КОНСОЛИДАЦИИ

Некоторые дополнительные сведения о механизмах консолидации были получены в экспериментах с использованием ингибиторов полимеризации и деполимеризации актина. Разумеется, эксперименты с аппликацией ингибирующих или активирующих деполимеризацию и полимеризацию препаратов полностью не воспроизводят естественные условия. Ингибитор деполимеризации актина джасплакинолид проникает через клеточную мембрану [109], что в значительной степени снимает методические ограничения при исследовании функций пресинаптического актина в центральных синапсах высших позвоночных животных. Тот факт, что в поле СА1 переживающих срезов гиппокампа взрослых крыс LTP снижается, если тетанизация производится на фоне джасплакинолида, свидетельствует в пользу гипотезы о необходимости фазы дестабилизации, тем более, что индукция и самая ранняя фаза LTP не нарушались [14]. В зависимости от поступающих сигналов, LTP, как известно, может угашаться, а аппликация джасплакинолида предотвращает депотенциацию [13–15, 110]. Вполне вероятно, что джасплакинолид может улучшать поддержание LTP и как активатор полимеризации [109, 111].

Отсутствие данных не позволяет полностью перенести эти рассуждения на пресинаптические механизмы долговременной пластичности. Существенно, что в цитируемой выше работе джас плакинолид не препятствует увеличению F-актина в шипиках после индукции LTP [14]. Поэтому пресинаптические механизмы влияния джасплакинолида на развитие LTP можно считать вполне вероятными. Некоторые эффекты джасплакинолида, которые были получены при других режимах стимуляции, в норме не вызывающих долговременных модификаций, лишь косвенно свидетельствуют о возможности его влияния на пресинаптическую пластичность.

В культуре нейронов гиппокампа сочетание стандартной стимуляции с аппликацией джасплакинолида приводит к увеличению числа активных пресинаптических бутонов [48]. Наши предварительные данные показывают, что в гиппокампе взрослых крыс на фоне джасплакинолида PPF может снижаться, но только, так же, как и пресинаптическая LTP, при исходно низкой вероятности выброса медиатора [14]. Можно предположить, что джасплакинолид, как активатор полимеризации, стабилизирует последствия тех модификаций, которые направлены на восстановление нормального уровня синаптической активности [112, 113].

Хотя и в отсутствие дополнительной стимуляции джасплакинолид сам по себе способен провоцировать распространение актина в пресинаптический компартмент [46], что может объяснять наблюдаемое при этом увеличение секреции [39, 48]. Тем более, что применение другого ингибитора деполимеризации фаллоидина вызывает пресинаптическую депрессию [39]. Такая депрессия не обязательно связано с нарушениями секреторного аппарата. Введенный в пресинапс фаллоидин не влияет на генерацию пресинаптического потенциала действия, но при этом снижается величина кальциевого сигнала и постсинаптический ток [114]. Таким образом, в основе данной пресинаптической депрессии, скорее всего, лежит инактивация кальциевых каналов, и вследствие этого снижается экзоцитоз [39]. С другой стороны, деполимеризация актина тоже снижает входящий кальциевый ток [87, 115], так что различия в эффектах ингибиторов пока непонятны. Связывание с фаллоидином ограничивают некоторые ассоциированные с актином белки, в том числе кофилин, и это определяет специфику его эффектов [47].

Увеличение эффективности синапсов после индукции LTP может быть причиной стабилизации синаптического F-актина и ассоциированных с ним протеинов [60]. Аппликация латрукулина А на переживающие срезы гиппокампа взрослых крыс ухудшает поддержание LTP, однако этот эффект зависит от момента аплликации [14]. Известно, что латрукулин А блокирует полимеризацию актина и его действие, как полагают [47], направлено преимущественно на короткие лабильные филаменты.

Согласно развиваемым здесь представлениям, прекращение роста и развития этих филаментов может нарушать процесс консолидации. Уже через 10 мин после тетанизации, LTP становится устойчивой к латрукулину А и, следовательно, процесс консолидации заканчивается в течение этого короткого периода [14]. При использовании в качестве объекта исследования более простых нервных систем тоже было обнаружено, что синапсы, реагирующие на высокочастотное раздражение увеличением секреции, демонстрируют дефицит потенциации после обработки латрукулином А [116, 117]. В культуре нейронов гиппокампа латрукулин А предотвращает потенциацию и увеличение RRP после активации пресинаптических кальциевых каналов, а также рост числа активных бутонов [50].

Простая аппликация латрукулина А в стационарных условиях не влияет на рециркуляцию везикул, эндоцитоз и экзоцитоз [39, 46, 47]. Вместе с тем, в одних экспериментах латрукулин А приводит к увеличению секреции медиатора, которое сопровождается снижением PPF, что свидетельствует об увеличении выброса медиатора [47]. В других экспериментах спонтанная и вызванная синаптическая активность снижается [48, 87]. Такое же разнообразие эффектов наблюдается и при сочетании латрукулина А с низкочастотной стимуляцией [39, 46, 118]. Судя по всему, преобладание деполимеризации само по себе не определяет характер модификаций [4, 46, 47], и окончательный эффект зависят, по всей вероятности, от условий стимуляции, “молекулярного фона” и других особенностей функционального состояния синапса. В том числе нельзя исключить и роль системных факторов.

Необходимо отметить, что такое состояние фактически воспроизводит, по крайней мере, частично, то, что предположительно происходит на самых ранних стадиях консолидации и связано с дестабилизацией синапсов. Поэтому более тщательное и продуманное исследование с использованием этого ингибитора может способствовать дальнейшему развитию наших представлений о ранней фазе консолидации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленные в обзоре данные неопровержимо свидетельствуют о ключевой роли актина в регуляции пресинаптических функций и дают основание продолжить исследования зависимых от актина механизмов долговременной синаптической пластичности. В рамках представлений о дестабилизации и стабилизации синапсов в фазе консолидации одним из существенных для запоминания факторов является реорганизация актинового матрикса. Закономерности реполимеризации актина при долговременной пластичности – предмет малоизученный. Наименее доступной для исследования является самая ранняя фаза консолидации, связанная с деполимеризацией актина и дестабилизацией синапсов. Имеются основания полагать, что состояние актиновых филаментов само по себе не определяет характер модификаций и от их реполимеризации зависит в основном консолидация и поддержание индуцируемых другими сигналами модификаций. Вместе с тем, зависимость эффективности синапсов и их динамических характеристик от состояния актинового матрикса создает условия для поддержания их индивидуального разнообразия в соответствии с принадлежностью к нейросетевым механизмам реализации приспособительного поведения [119].