Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Нейрексины ( NRXN ) представляют собой семейство белков пресинаптической клеточной адгезии, которые играют роль в соединении нейронов в синапсе . [1] Они расположены в основном на пресинаптической мембране и содержат единственный трансмембранный домен. Внеклеточный домен взаимодействует с белками синаптической щели, в первую очередь с нейролигином , в то время как внутриклеточная цитоплазматическая часть взаимодействует с белками, связанными с экзоцитозом. [2] Нейрексин и нейролигин «пожимают друг другу руки», что приводит к связи между двумя нейронами и образованию синапса. [3]Нейрексины опосредуют передачу сигналов через синапс и влияют на свойства нейронных сетей посредством специфичности синапса. Нейрексины были обнаружены как рецепторы для α-латротоксина , токсина, специфичного для позвоночных, содержащегося в яде паука черной вдовы, который связывается с пресинаптическими рецепторами и вызывает массовое высвобождение нейротрансмиттеров. [4] У людей изменения в генах, кодирующих нейрексины, связаны с аутизмом и другими когнитивными заболеваниями, такими как синдром Туретта и шизофрения . [4]

Структура [ править ]

У млекопитающих нейрексин кодируется тремя разными генами ( NRXN1 , NRXN2 и NRXN3 ), каждый из которых контролируется двумя разными промоторами , восходящим альфа (α) и нижним бета (β), в результате чего образуются альфа-нейрексины 1-3 (α- нейрексины 1-3) и бета-нейрексины 1-3 (бета-нейрексины 1-3). [5] Кроме того, существует альтернативный сплайсинг в 5 сайтах в α-нейрексине и 2 в β-нейрексине; возможно более 2000 вариантов сплайсинга, что предполагает его роль в определении специфичности синапсов. [6]

Кодируемые белки структурно подобны ламинину , щели и агрину , другим белкам, участвующим в ведении аксонов и синаптогенезе . [6] α-нейрексины и β-нейрексины имеют идентичные внутриклеточные домены, но разные внеклеточные домены. Внеклеточный домен α-нейрексина состоит из трех повторов нейрексина, каждый из которых содержит LNS (ламинин, нейрексин, глобулин, связывающий половые гормоны) - EGF (эпидермальный фактор роста) - LNS домены. N1α связывается с множеством лигандов, включая нейролигины и рецепторы ГАМК , [2]хотя нейроны каждого рецепторного типа экспрессируют нейрексины. β-нейрексины - это более короткие версии α-нейрексинов, содержащие только один домен LNS. [7] β-Нейрексины (расположенные пресинаптически) действуют как рецепторы для нейролигина (расположенные постсинаптически). Кроме того, было обнаружено, что β-нейрексин играет роль в ангиогенезе . [8]

С - конец короткой внутриклеточной секции обоих типов neurexins связывается с Synaptotagmin и к PDZ (постсинаптической плотности (PSD) -95 / диски большой / зона-occludens-1) домены Бочка и монетный двор . Эти взаимодействия образуют связи между внутриклеточными синаптическими пузырьками и гибридными белками. [9] Таким образом, нейрексины играют важную роль в сборке пресинаптических и постсинаптических механизмов.

Транссинапс, внеклеточные домены LNS имеют функциональную область, гипервариабельную поверхность, образованную петлями, несущими 3 вставки сплайсинга. [2] Эта область окружает координированный ион Ca 2+ и является местом связывания нейролигина [9], что приводит к образованию Ca 2+ -зависимого комплекса нейрексин-нейролигин на стыке химических синапсов. [10]

Выражение и функция [ править ]

Нейрексины диффузно распределяются в нейронах и концентрируются на пресинаптических окончаниях по мере созревания нейронов. Между нейрексином и нейролигином существует транссинаптический диалог. [11] Этот двунаправленный триггер помогает в формировании синапсов и является ключевым компонентом модификации нейронной сети. Чрезмерная экспрессия любого из этих белков вызывает увеличение сайтов, образующих синапсы, тем самым подтверждая, что нейрексин играет функциональную роль в синаптогенезе. [7]И наоборот, блокирование взаимодействий β-нейрексина снижает количество возбуждающих и тормозных синапсов. Неясно, как именно нейрексин способствует образованию синапсов. Одна возможность состоит в том, что актин полимеризуется на хвосте β-нейрексина, который улавливает и стабилизирует накапливающиеся синаптические пузырьки. Это формирует прямой цикл питания, в котором небольшие кластеры β-нейрексинов привлекают больше β-нейрексинов и каркасных белков для образования большого синаптического адгезивного контакта. [7]

Связывание нейрексин-нейролигин [ править ]

Транссинаптический диалог между нейрексином и нейролигином организует сопоставление пре- и постсинаптического аппарата путем привлечения каркасных белков и других синаптических элементов, таких как рецепторы NMDA , CASK и синаптотагмин , все из которых необходимы для существования синапса.

Различные комбинации нейрексина с нейролигином и альтернативное сплайсинг генов нейролигина и нейрексина контролируют связывание между нейролигинами и нейрексинами, повышая специфичность синапсов. [7] Сами по себе нейрексины способны рекрутировать нейролигины постсинаптических клеток на дендритную поверхность, что приводит к образованию кластеров рецепторов нейротрансмиттеров и других постсинаптических белков и механизмов. Их нейролигиновые партнеры могут индуцировать пресинаптические окончания, рекрутируя нейрексины. Следовательно, образование синапсов может запускаться этими белками в любом направлении. [9]Нейролигины и нейрексины могут также регулировать образование глутаматергических (возбуждающих) синапсов и ГАМКергических (ингибирующих) контактов с помощью нейролигиновой связи. Регулирование этих контактов предполагает, что связывание нейрексина с нейролигином может уравновешивать синаптический вход [6] или поддерживать оптимальное соотношение возбуждающих и тормозных контактов.

Дополнительные взаимодействующие партнеры [ править ]

Нейрексины связываются не только с нейролигином. Дополнительными партнерами по связыванию нейрексина являются дистрогликан и нейроэксофилины. [9] Дистрогликан является Ca 2+ -зависимым и связывается преимущественно с α-нейрексинами на доменах LNS, в которых отсутствуют сплайсинговые вставки. У мышей делеция дистрогликана вызывает долговременное нарушение потенцирования и аномалии развития, подобные мышечной дистрофии; однако исходная синаптическая передача нормальна. Нейроэкзофилины не зависят от Ca 2+ и связываются исключительно с α-нейрексинами во втором домене LNS. Повышенная реакция вздрагивания и нарушение координации движений у мышей с нокаутом нейроэкзофилина указывает на то, что нейроэкзофилины играют функциональную роль в определенных цепях. [9] Значение взаимосвязи между нейрексином и дистрогликаном или нейроэкзофилинами до сих пор неясно.

Распространение видов [ править ]

Члены семейства нейрексинов встречаются у всех животных, в том числе у основных многоклеточных животных, таких как porifera (губки), cnidaria (медузы) и гребневики (гребневики). У Porifera отсутствуют синапсы, поэтому его роль в этих организмах неясна.

Гомологи α-нейрексина также были обнаружены у нескольких видов беспозвоночных, включая Drosophila, Caenorhabditis elegans, пчел и аплизий. [11] У Drosophila melanogaster гены NRXN (только один α-нейрексин) имеют решающее значение в сборке глутаматергических нервно-мышечных соединений, но намного проще. [5] Их функциональные роли у насекомых, вероятно, аналогичны таковым у позвоночных. [12]

Роль в созревании синапсов [ править ]

Было обнаружено, что нейрексин и нейролигин активны в созревании синапсов и адаптации синаптической силы. Исследования на мышах с нокаутом показывают, что команда транс-синаптического связывания не увеличивает количество синаптических сайтов, а, скорее, увеличивает силу существующих синапсов. [11] Делеция генов нейрексина у мышей значительно нарушила синаптическую функцию, но не изменила синаптическую структуру. Это объясняется нарушением определенных ионных каналов, управляемых напряжением. Хотя нейролигин и нейрексин не требуются для образования синапсов, они являются важными компонентами для правильного функционирования. [11]

Клиническое значение и применение [ править ]

Недавние исследования связывают мутации в генах, кодирующих нейрексин и нейролигин, со спектром когнитивных расстройств, таких как расстройства аутистического спектра (РАС), шизофрения и умственная отсталость . [4] Когнитивные заболевания по-прежнему трудно понять, поскольку они характеризуются незначительными изменениями в подгруппе синапсов.в цепи, а не ухудшение всех систем во всех цепях. В зависимости от схемы эти тонкие изменения синапсов могут вызывать различные неврологические симптомы, что приводит к классификации различных заболеваний. Существуют контраргументы в пользу связи между когнитивными расстройствами и этими мутациями, что требует дальнейшего исследования механизмов, лежащих в основе этих когнитивных расстройств.

Аутизм [ править ]

Аутизм - это нарушение психического развития, характеризующееся качественным дефицитом социального поведения и общения, часто включающим ограниченные повторяющиеся модели поведения. [13] Он включает подгруппу из трех расстройств: детское дезинтегративное расстройство (CDD), синдром Аспергера (AS) и всеобъемлющее расстройство развития - не указано иное.(PDD-NOS). У небольшого процента пациентов с РАС наблюдаются единичные мутации в генах, кодирующих молекулы адгезии нейролигин-нейрексин. Нейрексин имеет решающее значение для синаптической функции и связности, что подчеркивается широким спектром фенотипов развития нервной системы у людей с делециями нейрексина. Это дает убедительные доказательства того, что делеции нейрексина приводят к повышенному риску РАС и указывают на дисфункцию синапсов как на возможное место происхождения аутизма. [14] Эксперименты доктора Стивена Клэпкота и др. С α-нейрексином II (Nrxn2α) KO на мышах демонстрируют причинную роль потери Nrxn2α в генезе связанного с аутизмом поведения у мышей. [15]

Шизофрения [ править ]

Шизофрения - это изнурительное психоневрологическое заболевание, в генезе которого участвует множество генов и воздействие окружающей среды. [16] Дальнейшие исследования показывают, что делеция гена NRXN1 увеличивает риск шизофрении. [17] Дупликации и делеции генома на микроуровне, известные как варианты числа копий (CNV), часто лежат в основе синдромов развития нервной системы. Полногеномное сканирование позволяет предположить, что у людей с шизофренией есть редкие структурные варианты, которые делетировали или дублировали один или несколько генов. [16] Поскольку эти исследования указывают только на повышенный риск, необходимы дальнейшие исследования для выяснения основных механизмов генеза когнитивных заболеваний. [18]

Умственная отсталость и синдром Туретта [ править ]

Подобно шизофрении, исследования показали, что умственная отсталость и синдром Туретта также связаны с делециями NRXN1 . [4] [16] Недавнее исследование показывает, что гены NRXN 1–3 необходимы для выживания и играют ключевую и дублирующую роль друг с другом в развитии нервной системы. Эти гены были непосредственно нарушены при синдроме Туретта независимыми геномными перестройками. [19] Другое исследование предполагает, что мутации NLGN4 могут быть связаны с широким спектром нейропсихиатрических состояний и что у носителей могут быть более легкие симптомы. [20]

См. Также [ править ]

  • Молекула клеточной адгезии
  • Синаптогенез

Ссылки [ править ]

  1. Li X, Zhang J, Cao Z, Wu J, Shi Y (сентябрь 2006 г.). «Структура раствора домена GOPC PDZ и его взаимодействие с С-концевым мотивом нейролигина» . Protein Sci . 15 (9): 2149–58. DOI : 10.1110 / ps.062087506 . PMC  2242614 . PMID  16882988 .
  2. ^ a b c Чен Ф, Венугопал В., Мюррей Б., Руденко Г. (июнь 2011 г.). «Структура нейрексина 1α обнаруживает особенности, способствующие его роли в качестве синаптического организатора» . Структура . 19 (6): 779–89. DOI : 10.1016 / j.str.2011.03.012 . PMC 3134934 . PMID 21620716 .  
  3. ^ Scheiffele Р, Вентилятор J, J Choih, Цепка Р, Т Серафини (июнь 2000 г.). «Нейролигин, экспрессируемый в ненейрональных клетках, запускает пресинаптическое развитие в контактирующих аксонах». Cell . 101 (6): 657–69. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80877-6 . PMID 10892652 . S2CID 16095623 .  
  4. ^ a b c d Südhof TC (октябрь 2008 г.). «Нейролигины и нейрексины связывают синаптическую функцию с когнитивными заболеваниями» . Природа . 455 (7215): 903–11. Bibcode : 2008Natur.455..903S . DOI : 10,1038 / природа07456 . PMC 2673233 . PMID 18923512 .  
  5. ^ a b Baudouin S, Scheiffele P (май 2010 г.). «SnapShot: нейролигин-нейрексиновые комплексы» . Cell . 141 (5): 908–908.e1. DOI : 10.1016 / j.cell.2010.05.024 . PMID 20510934 . 
  6. ^ a b c Binder MD (2009). Энциклопедия неврологии: нейрексины . Springer Berlin Heidelberg. п. 2607. ISBN 978-3-540-29678-2.
  7. ^ a b c d Dean C, Dresbach T (январь 2006 г.). «Нейролигины и нейрексины: связывающие адгезию клеток, формирование синапсов и когнитивные функции». Trends Neurosci . 29 (1): 21–9. DOI : 10.1016 / j.tins.2005.11.003 . PMID 16337696 . S2CID 11664697 .  
  8. ^ Bottos A, Destro E, Rissone A, Graziano S, Cordara G, Assenzio B, Cera MR, Mascia L, Bussolino F, Arese M (декабрь 2009 г.). «Синаптические белки нейрексины и нейролигины широко экспрессируются в сосудистой системе и вносят свой вклад в ее функции» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 106 (49): 20782–7. Bibcode : 2009PNAS..10620782B . DOI : 10.1073 / pnas.0809510106 . PMC 2791601 . PMID 19926856 .  
  9. ^ а б в г д Крейг AM, Кан Y (февраль 2007 г.). «Передача сигналов нейрексин-нейролигин в развитии синапсов» . Curr. Opin. Neurobiol . 17 (1): 43–52. DOI : 10.1016 / j.conb.2007.01.011 . PMC 2820508 . PMID 17275284 .  
  10. ^ Райсснера C, Клозе M, Fairless R, Missler M (сентябрь 2008). «Мутационный анализ комплекса нейрексин / нейролигин выявляет важные и регуляторные компоненты» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 105 (39): 15124–9. Bibcode : 2008PNAS..10515124R . DOI : 10.1073 / pnas.0801639105 . PMC 2551626 . PMID 18812509 .  
  11. ^ a b c d Knight D, Xie W, Boulianne GL (декабрь 2011 г.). «Нейрексины и нейролигины: последние открытия от беспозвоночных» . Мол. Neurobiol . 44 (3): 426–40. DOI : 10.1007 / s12035-011-8213-1 . PMC 3229692 . PMID 22037798 .  
  12. ^ Biswas S, Рассел RJ, Джексон CJ, Видович M, Ganeshina O, Оукшотт JG, Claudianos C (2008). «Преодоление синаптической щели: нейролигины и нейрексин I в Apis mellifera» . PLOS ONE . 3 (10): e3542. Bibcode : 2008PLoSO ... 3.3542B . DOI : 10.1371 / journal.pone.0003542 . PMC 2570956 . PMID 18974885 .  
  13. Lord C, Cook EH, Leventhal BL, Amaral DG (ноябрь 2000 г.). "Расстройства аутистического спектра". Нейрон . 28 (2): 355–63. DOI : 10.1016 / S0896-6273 (00) 00115-X . PMID 11144346 . S2CID 7100507 .  
  14. ^ Pizzarelli R, Керубини E (2011). «Изменения ГАМКергической передачи сигналов при расстройствах аутистического спектра» . Neural Plast . 2011 : 297153. дои : 10,1155 / 2011/297153 . PMC 3134996 . PMID 21766041 .  
  15. ^ J Dachtler; Дж. Гласп (2014). «Удаление α-нейрексина II приводит к поведению мышей, связанному с аутизмом» . Трансляционная психиатрия . 4 (11): e484. DOI : 10.1038 / tp.2014.123 . PMC 4259993 . PMID 25423136 .  
  16. ^ a b c Уолш Т., Макклеллан Дж. М., Маккарти С. Е., Аддингтон А. М., Пирс С. Б., Купер Г. М., Норд А. С., Кусенда М., Малхотра Д., Бхандари А., Стрэй С. М., Риппи К. Ф., Рокканова П., Макаров В., Лакшми Б., Финдлинг Р.Л., Сикич Л., Стромберг Т., Мерриман Б., Гогтей Н., Батлер П., Экстранд К., Нори Л., Гохман П., Лонг Р., Чен З., Дэвис С., Бейкер С., Эйхлер Э., Мельцер П.С., Нельсон С.Ф., Синглтон А.Б., Ли МК, Рапопорт Дж. Л., Кинг МС, Себат Дж. (Апрель 2008 г.). «Редкие структурные варианты нарушают множественные гены в путях развития нервной системы при шизофрении». Наука . 320 (5875): 539–43. Bibcode : 2008Sci ... 320..539W . DOI : 10.1126 / science.1155174 . PMID 18369103 . S2CID  14385126 .
  17. ^ Киров G, Rujescu D, Ingason A, Collier DA, О'Донован MC, Оуэн MJ (сентябрь 2009). «Делеции нейрексина 1 (NRXN1) при шизофрении» . Шизофр Бык . 35 (5): 851–4. DOI : 10,1093 / schbul / sbp079 . PMC 2728827 . PMID 19675094 .  
  18. ^ Киров Г, Д Gumus, Чен Вт, Нортон N, Георгиев л, Сари М, О'Донован МС, Эрдоган F, Оуэн МДж, Роперс HH, Ульман R (февраль 2008 г.). «Сравнительная гибридизация генома предполагает роль NRXN1 и APBA2 в шизофрении» . Гм. Мол. Genet . 17 (3): 458–65. DOI : 10,1093 / HMG / ddm323 . PMID 17989066 . 
  19. ^ Boschero AC, Negreiros де Пайва CE (1977). «Трансплантация островков Лангерганса диабетическим крысам». Acta Physiol Lat Am . 27 (1): 1–6. PMID 356520 . 
  20. ^ Kuttig P (сентябрь 1970). «[Социальная служба для страдающих параличом нижних конечностей и детей с параличом нижних конечностей]». Dtsch Schwesternztg (на немецком языке). 23 (9): 450–2. PMID 5202006 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Ученые выявили дефекты нейрексина 1 при аутизме