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

Реорганизация актинового матрикса как фактор пресинаптической пластичности

И. В. Кудряшова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук
Москва, Россия

Поступила в редакцию 31.03.2021
После доработки 05.04.2021
Принята к публикации 07.04.2021

Аннотация

В обзоре изложены современные представления о механизмах участия актина в координации пресинаптических функций. Помимо участия актинового цитоскелета в поддержании пространственной организации структуры синапса, к функциям актина относят транспорт и заякоривание необходимых для сигналинга белков, актиновый цитоскелет может ограничивать их латеральную диффузию, способствуя образованию функционально активных комплексов. Результаты исследований свидетельствуют о причастности актиновых филаментов пресинаптического компартмента к регуляции активности секреторного аппарата. Пресинаптический актин участвует в рециркуляции везикул, происходящая при этом реполимеризация актина зависит от условий активации. Предполагается, что деполимеризация актина может способствовать началу формирования обновленного актинового матрикса. Стабилизация этих модификаций после полимеризация актина может иметь отношение не только к постсинаптическим, но и к пресинаптическим механизмам долговременной пластичности.

Ключевые слова: пресинаптическая пластичность, консолидация, дестабилизация, реполимеризация актина, стабилизация

DOI: 10.31857/S1027813321030092

Список литературы

  1. Meyer D., Bonhoeffer T., Scheuss V. // Neuron. 2014. V. 82. P. 430–443.

  2. Кудряшова И.В. // Нейрохимия. 2019. Т. 36. № 1. С. 3–13.

  3. Choquet D., Triller A. // Neuron. V. 80. № 3. 2013. P. 691–703.

  4. Cingolani L.A., Goda Y. // Nat. Rev. Neurosci. 2008. V. 9. P. 344–356.

  5. Ramachandran B., Frey J.U. // J. Neurosci. 2009. V. 29. P. 12167–12173.

  6. Krucker T., Siggins G.R., Halpain S. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. P. 6856–6861.

  7. Fukazawa Y., Saitoh Y., Ozawa F., Ohta Y., Mizuno K., Inokuchi K. // Neuron. 2003. V. 38. P. 447–460.

  8. Kramar E.A., Lin B., Rex C.S., Gall C.M., Lynch G. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006. V. 103. P. 5579–5584.

  9. Chen L.Y., Rex C.S., Casale M.S., Gall C.M., Lynch G. // J. Neurosci. 2007. V. 27. P. 5363–5372.

  10. Messaoudi E., Kanhema T., Soule J., Tiron A., Dagyte G., da Silva B., Bramham C.R. // J. Neurosci. 2007. V. 27. P. 10445–10455.

  11. Fischer A., Sananbenesi F., Schrick C., Spiess J., Radulovic J. // J. Neurosci. 2004. V. 24. P. 1962–1966.

  12. Tamano H., Minamino T., Fujii H., Takada S., Nakamura M., Ando M., Takeda A. // Hippocampus. 2015. V. 25. № 8. P. 952–962.

  13. Yang Y., Wang X.B., Frerking M., Zhou Q. // J. Neurosci. 2008. V. 28. P. 5740–5751.

  14. Rex C.S., Chen L.Y., Sharma A., Liu J., Babayan A.H., Gall C.M., Lynch G. // J. Cell Biol. 2009. V. 186. № 1. P. 85–97.

  15. Galvez B., Gross N., Sumikawa K. // Neuropharmacology. 2016. V. 105. P. 378–387.

  16. Rex C.S., Gavin C.F., Rubio M.D., Kramar E.A., Chen L.Y., Jia Y., Huganir R.L., Muzyczka N., Gall C.M., Miller C.A., Lynch G., Rumbaugh G. // Neuron. 2010. V. 67. № 4. P. 603–617.

  17. Lynch G., Rex C.S., Gall C.M. // Neuropharmacology. 2007. V. 52. P. 12–23.

  18. Kelly M.T., Yao Y., Sondhi R., Sacktor T.C. // Neuropharmacology. 2007. V. 52. P. 41–45.

  19. Matsuzaki M., Honkura N., Ellis-Davies G.C., Kasai H. // Nature. 2004. V. 429. P. 761–766.

  20. Lang C., Barco A., Zablow L., Kandel E.R., Siegelbaum S.A., Zakharenko S.S. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004. V. 101. P. 16665–16670.

  21. Bellot A., Guivernau B., Tajes M., Bosch-Morató M., Valls-Comamala V., Muñoz F.J. // Brain Research. 2014. V. 1573. P. 1–16.

  22. Bosch M., Castro J., Saneyoshi T., Matsuno H., Sur M., Hayashi Y. // Neuron. 2014. V. 82. P. 444–459.

  23. Zakharenko S.S., Zablow L., Siegelbaum S.A. // Nat. Neurosci. 2001. V. 4. P. 711–717.

  24. Antonova I., Arancio O., Trillat A.C., Wang H.G., Zablow L., Udo H., Kandel E.R., Hawkins R.D. // Science. 2001. V. 294. P. 1547–1550.

  25. Monday H.R., Younts T.J., Castillo P.E. // Annu. Rev. Neurosci. 2018. V. 41. P. 299–322.

  26. Sanderson T.M., Georgiou J., Collingridge G.L. // Front. Neural Circuits. 2020. 14: 9.

  27. Blundon J.A., Zakharenko S.S. // Neuroscientist. 2008. V. 14. № 6. P. 598–608.

  28. Enoki R., Hu Y.-L., Hamilton D., Fine A. // Neuron. 2009. V. 62. P. 242–253.

  29. Kandel E.R., Dudai Y., Mayford M.R. // Cell. 2014. V. 157. P. 163–186.

  30. Malinow R., Tsien R.W. // Nature. 1990. V. 46. P. 177–180.

  31. Malgaroli A., Ting A.E., Wendland B., Bergamaschi A., Villa A., Tsien R.W., Scheller R.H. // Science. 1995. V. 268. P. 1624–1628.

  32. Nicoll R.A., Malenka R.C. // Nature. 1995. 377. P. 115–118.

  33. Emptage N.J., Reid C.A., Fine A., Bliss T.V. // Neuron. 2003. V. 38: P. 797–804.

  34. Sokolov M.V., Rossokhin A.V., Astrelin A.V., Frey J.U., Voronin L.L. // Brain Res. 2002. V. 957. P. 61–75.

  35. Bayazitov I.T., Richardson R.J., Fricke R.G., Zakharenko S.S. // J. Neurosci. 2007. V. 27. № 43. P. 11510–11521.

  36. Кудряшова И.В., Онуфриев М.В. Гуляева Н.В. // Нейрохимия. 2014. Т. 31. № 3. С. 200–206.

  37. Bloom O., Evergren E., Tomilin N., Kjaerulff O., Low P., Brodin L., Pieribone V.A., Greengard P., Shupliakov O. // J. Cell Biol. 2003. V. 161. P. 737–747.

  38. Shupliakov O., Bloom O., Gustafsson J.S., Kjaerulff O., Low P., Tomilin N., Pieribone V.A., Greengard P., Brodin L. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002. V. 99. P. 14476–14481.

  39. Bleckert A., Photowala H., Alford S. // J. Neurophysiol. 2012. V. 107. № 12. P. 3479–3492.

  40. Davis G.W., Müller M. // Annu. Rev. Physiol. 2015. V. 77. P. 251–270.

  41. Böhme M.A., McCarthy A.W., Grasskamp A.T., Beuschel C.B., Goel P., Jusyte M., Laber D., Huang Sh., Rey U., Petzoldt A.G., Lehmann M., Göttfert F., Haghighi P., Hell S.W., Owald D., Dickman D., Sigrist S.J., Walter A.M. // Nat. Commun. 2019. V. 10. P. 1085.

  42. Ackermann F., Waites C.L., Garner C.C. // EMBO Rep. 2015. V. 16. P. 923–938.

  43. Walter A.M., Bohme M.A., Sigrist S.J. // Neurosci. Res. 2018. V. 127. P. 3–13.

  44. Fifkova E., Delay R.J. // J. Cell Biol. 1982. V. 95. P. 345–350.

  45. Hirokawa N., Sobue K., Kanda K., Harada A., Yorifuji H. // J. Cell Biol. 1989. V. 108. P. 111–126.

  46. Sankaranarayanan S., Atluri P.P., Ryan T.A. // Nat. Neurosci. 2003. V. 6. P. 127–135.

  47. Morales M., Colicos M.A., Goda Y. // Neuron. 2000. V. 27. P. 539–550.

  48. Yao J., Qi J. Chen G. // J. Neurosci. 2006. V. 26. № 31. P. 8137–8147.

  49. Rust M.B., Maritzen T. // Exp. Cell Res. 2015. V. 335. P. 165–171.

  50. Guzman G.A., Guzman R.E., Jordan N., Hidalgo P. // Front. Cell Neurosci. 2019. 13:125.

  51. Hallermann S., Silver R.A. // Trend. Neurosci. 2013. V. 36. P. 185–194.

  52. Lee J.S., Ho W.K., Lee S.H. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012. V. 109. P. E765–E774.

  53. Lee J.S., Ho W.K., Neher E., Lee S.H. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013. V. 110. P. 15079–15084.

  54. Miki T., Malagon G., Pulido C., Llano I., Neher E., Marty A. // Neuron. 2016. V. 91. P. 808–823.

  55. Halpain S. // Nat. Neurosci. 2003. V. 6. P. 101–102.

  56. Dillon C., Goda Y. // Annu. Rev. Neurosci. 2005. V. 28. P. 25–55.

  57. Watanabe S., Rost B.R., Camacho-Perez M., Davis M.W., Sohl-Kielczynski B., Rosenmund C., Jorgensen E.M. // Nature. 2013. V. 504. P. 242–247.

  58. Dason J.S., Smith A.J., Marin L., Charlton M.P. // J. Physiol. 2014. V. 592. № 4. P. 621–633.

  59. Wu X.S., Lee S.H., Sheng J., Zhang Z., Zhao W.D., Wang D., Jin Y., Charnay P., Ervasti J.M., Wu L.-G. // Neuron. 2016. V. 92. P. 1020–1035.

  60. Zhang W., Benson D.L. // J. Neurosci. 2001. V. 21. № 14. P. 5169–5181.

  61. Chamberland S. Tóth K. // J. Physiol. 2016. V. 594. № 4. P. 825–835.

  62. Körber Ch. Kuner Th. // Front. Synapt. Neurosci. 2016. 8:5.

  63. Kaeser P.S. Regehr. W.G. // Curr. Opin. Neurobiol. 2017. V. 43. P. 63–70.

  64. Ghelani T. Sigrist S.J. // Front. Neuroanat. 2018. 12.81.

  65. Dobrunz L.E., Stevens C.F. // Neuron. 1997. V. 18. P. 995–1008.

  66. Moulder K.L. Mennerick S. // J. Neurosci. 2005. V. 25. № 15. P. 3842–3850.

  67. Vicente-Manzanares M., Ma X., Adelstein R.S., Horwitz A.R. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009. V. 10. P. 778–790.

  68. Augustine G.J. // Curr. Opin. Neurobiol. 2001. V. 11. P. 320–326.

  69. Wadel K., Neher E., Sakaba T. // Neuron. 2007. V. 53. P. 563–575.

  70. Thanawala M.S., Regehr W.G. // J Neurosci. 2013. V. 33. № 11. P. 4625–4633.

  71. Stölting G., Campos de Oliveira R., Guzman R.E., Miranda-Laferte E., Conrad R., Jordan N., Schmidt S., Hendriks J., Gensch Th., Hidalgo P. // J. Biol. Chem. 2015. V. 290. № 8. P. 4561–4572.

  72. Evans L.L., Lee A.J., Bridgman P.C., Mooseker M.S. // J. Cell Sci. 1998. V. 111. P. 2055–2066.

  73. Bahler M., Greengard P. // Nature. 1987. V. 326. P. 704–707.

  74. Benfenati F., Valtorta F., Chieregatti E., Greengard P. // Neuron. 1992. V. 8. P. 377–386.

  75. Benfenati F., Valtorta F., Rubenstein J.L., Gorelick F.S., Greengard P., Czernik A.J. // Nature. 1992. V. 359. P. 417–420.

  76. Wang Z.-W. // Mol. Neurobiol. 2008. V. 38. № 2. P. 153–166.

  77. Greengard P., Valtorta F., Czernik A.J., Benfenati F. // Science. 1993. V. 259. P. 780–785.

  78. Jovanovic J.N., Sihra T.S., Nairn A.C., Hemmings H.C. Jr., Greengard P., Czernik A.J. // J. Neurosci. 2001. V. 21. № 20. P. 7944–7953.

  79. Pieribone V.A., Shupliakov O., Brodin L., Hilfiker-Rothenfluh S., Czernik A.J., Greengard P. // Nature. 1995. V. 375. P. 493–497.

  80. Vasileva M., Horstmann H., Geumann C., Gitler D., Kuner T. // Eur. J. Neurosci. 2012. V. 36. P. 3005–3020.

  81. Mukherjee K., Yang X., Gerber S.H., Kwon H.B., Ho A., Castillo P.E., Liu X., Südhof Th.C. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010. V. 107. P. 6504–6509.

  82. Hanse E., Gustafsson B. // J. Physiol. (Lond). 2001. V. 5371. P. 141–149.

  83. Jackman S.L., Regehr W.G. // Neuron. 2017. V. 94. P. 447–464.

  84. Dobrunz L.E. // Int. J. Dev. Neurosci. 2002. V. 20. P. 225–236.

  85. Millar A.G., Bradacs H., Charlton M.P., Atwood H.L. // J. Neurosci. 2002. V. 22. № 22. P. 9661–9667.

  86. Furukawa K., Smith-Swintosky V.L., Mattson M.P. // Exp. Neurol. 1995. V. 133. P. 153–163.

  87. Kim C.H., Lisman J.E. // J. Neurosci. 1999. V. 19. P. 4314–4324.

  88. Emptage N.J., Reid C.A., Fine A. // Neuron. 2001. V. 29. № 1. P. 197–208.

  89. Carter A.G., Vogt K.E., Foster K.A., Regehr W.G. // J. Neurosci. 2002. V. 22. № 1. P. 21–28.

  90. Cooper R.L., Winslow J.L., Govind C.K., Atwood H.L. // J. Neurophysiol. 1996. V. 75. P. 2451–2466.

  91. Voglmaier S.M. Edwards R.H. // Curr. Opin. Neurobiol. 2007. V. 17. P. 374–380.

  92. Fioravante D., Regehr W.G. // Curr. Opin. Neurobiol. 2011. V. 21. P. 269–274.

  93. Scullin C.S., Tafoya L.C., Wilson M.C., Partridge L.D. // Brain Res. 2012. V. 1431. P. 1–12.

  94. Catterall W.A., Leal K., Nanou E. // J. Biol. Chem. 2013. V. 288. P. 10742–10749.

  95. Mochida S., Few A.P., Scheuer T., Catterall W.A. // Neuron. 2008. V. 57. № 2. P. 210–216.

  96. Yan J., Leal K., Magupalli V.G., Nanou E., Martinez G.Q., Scheuer T., Catterall W.A. // Mol. Cell. Neurosci. 2014. V. 63. P. 124–131.

  97. Xie M., Li X., Han J., Vogt D.L., Wittemann S., Mark M.D., Herlitze S. // J. Cell Biol. 2007. V. 178. P. 489–502.

  98. Lou X. // Front. Cell Neurosci. 2018. 12:66.

  99. Verstegen A.M., Tagliatti E., Lignani G., Marte A., Stolero T., Atias M., Corradi A., Valtorta F., Gitler D., Onofri F., Fassio A. Benfenati F. // J. Neurosci. 2014. V. 34. P. 7266–7280.

  100. Bernstein B.W., DeWit M., Bamburg J.R. // Brain Res. Mol. Brain Res. 1998. V. 53. P. 236–251.

  101. Valtorta F., Greengard P., Fesce R., Chieregatti E., Benfenati F. // J. Biol. Chem. 1992. V. 267. P. 11281–11288.

  102. Michel K., Müller J.A., Oprisoreanu A.M., Schoch S. // Exp. Cell Res. 2015. V. 335. P. 157–164.

  103. Witke W., Podtelejnikov A.V., Di Nardo A., Sutherland J.D., Gurniak C.B., Dotti C., Mann M. // EMBO J. 1998. V. 17. P. 967–976.

  104. McGough A., Pope B., Chiu W., Weeds A. // J. Cell Biol. 1997. V. 138. P. 771–781.

  105. Medeiros N.A., Burnette D.T., Forscher P. // Nat. Cell Biol. 2006. V. 8. P. 215–226.

  106. Rosenmund C., Westbrook G.L. // Neuron. 1993. V. 10. P. 805–814.

  107. Niwa R., Nagata-Ohashi K., Takeichi M., Mizuno K., Uemura T. // Cell. 2002. V. 108. P. 233–246.

  108. Waites C.L., Leal-Ortiz S.A., Andlauer T.F., Sigrist S.J., Garner C.C. // J. Neurosci. 2011. V. 31. P. 14250–14263.

  109. Bubb M.R., Spector I., Beyer B.B., Fosen K.M. // J. Biol. Chem. 2000. V. 275. P. 5163–5170.

  110. Peng Y., Zhao J., Gu Q.-HH., Chen R.-QQ., Xu Z., Yan J.-Z., Wang S.-H., Liu S.-Y., Chen Z., Lu W. // Hippocampus. 2010. V. 20: P. 646–658.

  111. Holzinger A. // Meth. Mol. Biol. 2009. V. 586. P. 71–87.

  112. Müller M., Genç Ö., Davis G.W. // Neuron. 2015. V. 85. P. 1056–1069.

  113. Ortega J.M., Genç Ö., Davis G.W. // eLife. 2018. V. 7. P. e40385.

  114. Photowala H., Freed R., Alford S. // J. Physiol. 2005. V. 569. P. 119–135.

  115. Johnson B.D., Byerly L. // Neuron. 1993. V. 10. P. 797–804.

  116. Cole J.C., Villa B.R., Wilkinson R.S. // J. Physiol. 2000. V. 525. P. 579–586.

  117. Richards D.A., Rizzoli S.O., Betz W.J. // J. Physiol. (Lond). 2004. V. 557. P. 77–91.

  118. Sakaba T., Neher E. // J. Neurosci. 2003. V. 23. P. 837–846.

  119. Yasui T., Fujisawa Sh., Tsukamoto M., Matsuki N., Ikegaya Y. // J. Physiol. 2005. V. 566. № 1. P. 143–160.

Дополнительные материалы отсутствуют.