軸突靶標對靶組織的吸引和排斥作用

軸突靶標對靶組織的吸引和排斥作用

在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中，與緊密相連的靶細胞形成關系是最重要和最復雜的環(huán)節(jié)。這種正確的導向主要依賴于周圍環(huán)境中的吸引和(或)排斥暗號(attractiveand/orrepulsiveguidancecue)。導向暗號與相應的膜受體結(jié)合后,引起一系列信號轉(zhuǎn)導,最終導致細胞骨架的重排、延伸向正確的方向。本文就此研究的信號轉(zhuǎn)導作一概要性綜述。1引導黑暗和受體1.1膜受體的選擇Netrins是一類與laminin(細胞外基質(zhì)中的一種)相關的分泌分子,其中一小部分蛋白在發(fā)育中與軸突導向有關。netrins在體內(nèi)不同的神經(jīng)元不同的受體引導吸引或排斥反應,而在同一細胞cAMP的水平不同所起作用也不相同。目前發(fā)現(xiàn)昆蟲、蠅類、脊椎動物均有導向作用。Netrins的膜受體有兩種DCC(DeletedinColorectalCancer)和UNC-5。前者及其同源體UNC-40已在線蟲和果蠅中發(fā)現(xiàn),并被確認為膜受體,但它們的下游信號仍不清楚。后者在線蟲中發(fā)現(xiàn),并在脊椎動物有三種同源體UNC-5H1、UNC-5H2和UNC-5H3。DCC與吸引反應有關,UNC-5卻與吸引和排斥兩種反應均有關。UNC-5的細胞內(nèi)有死亡區(qū)域(deathdomain,DD),該區(qū)域可與ankyrin結(jié)合,后者可與細胞骨架相互作用。UNC-34的同源體Mena和Ab1可磷酸化profilin-bindingprotein,分別在小鼠和果蠅中導向軸突生長。1.2sema與3種受體的結(jié)合目前至少發(fā)現(xiàn)8種亞型,其中3種分子作用強大:SemaA、SemaⅢ和SemaE。脊椎動物中,SemaⅢ體內(nèi)體外均有吸引和推進作用。在體外,SemaⅢ和SemaE有吸引作用。Semaphorins能與3種受體結(jié)合:Neuropilin-1、Plexin和L1。Neuropilin-1(NPN-1)是一種高親合膜受體,主要與SemaⅢ結(jié)合,在小鼠的周圍神經(jīng)系統(tǒng)和背根神經(jīng)節(jié)均被發(fā)現(xiàn)。NPN-2與SemaⅣ和SemaE結(jié)合,卻不與SemaⅢ結(jié)合。Plexin主要與SemaⅠ和SemaⅤ結(jié)合,下游信號不清楚。NPN-1的下游信號分子目前已知有2種:collapsin-response-midiator-protein和Rac1。前者與actin的脫聚有關,后者為Rho酶與actin的聚合有關。1.3slit、robo、ab1和ena的信號分子在體內(nèi)導向?qū)π崆?、胚胎脊髓和海馬神經(jīng)元軸突生長,體外與感覺軸突的側(cè)支發(fā)芽和生長有關。Slit的受體為Robo(roundabout),在線蟲為Robo的同源體Sax3。Slit與受體結(jié)合后,主要導向軸突在中線或穿過中線生長。Robo的下游信號分子為Ab1和Ena。前者可激活Rho酶Cdc42而介導actin聚合作用,后者可激活profilin和Rho酶Rac均促進actin的聚合。1.4a5受體EphrinA-EphA受體、EphrinA2-EphA2受體、EphrinA5-EphA5受體。它們主要在脊椎動物視神經(jīng)節(jié)細胞(RGC)中調(diào)節(jié)軸突生長。體外培養(yǎng)RGC神經(jīng)元,EphrinA5引起RGC生長錐的塌陷,而體內(nèi)則推進RGC軸突的生長。EphrinA5在體外培養(yǎng)RGC神經(jīng)元中激活Rho并抑制Rac,前者及它的下游分子與生長錐的塌陷相關,后者促進actin的聚合。1.5nts導向軸突生長的信號神經(jīng)營養(yǎng)因子(Neurotropins,NTs)NGF、BDNF、NT-3的受體有兩種:高親和受體Trk和低親和受體p75。NTs誘導ORG、脊髓、交感神經(jīng)元軸突生長和損傷后的軸突再生,并以BDNF作用最強。NTs促進神經(jīng)元存活的信號主要是PI3K-Akt和Erk通路,而NTs導向軸突生長的信號有3種:(1)PI3K激活VAV而活化Rac,引起actin的聚合;(2)Ca2+活化細胞骨架相關蛋白;(3)cGMP活化Rho。2信號轉(zhuǎn)導2.1“csa”s,ca生長錐的塌陷常與細胞漿高濃度的Ca2+相關,減少細胞外Ca2+水平可增加神經(jīng)突起的延伸。影響Ca2+通路或Ca2+釋放而介導生長錐生長的導向分子主要有神經(jīng)細胞黏附分子(celladhesionmolecules,CAMs)(如L1、NCAM、MAG)和NTs。其信號通路主要是NCAM-FGGR—PLC—DAG—PKC—MAPK,通過PKC活化Ca2+/CaM過開放Ca2+通道,增加細胞內(nèi)Ca2+。Ca2+的關鍵調(diào)節(jié)分子鈣調(diào)素(calmodulin,CaM)是和CaM相關的酶。乙酰膽堿(actylcholine,Ach)誘導的軸突生長可被CaM酶的抑制劑KN62阻斷?？烧{(diào)節(jié)脊髓神經(jīng)元纖維。CaM又被另一軸突再生相關蛋白GAP-43調(diào)節(jié),抑制GAP-43基因明顯影響神經(jīng)軸突生長。Ca2+可對細胞骨架蛋白直接作用,一般認為高Ca2+能使微管和其他細胞骨架纖維脫聚,引起生長停止和萎縮。另外,Ca2+可刺激腺苷酸環(huán)化酶產(chǎn)生cAMP,引起吸引作用。2.2東南角緣生激酶系統(tǒng)面向終身器另外一對非常重要的第二信使cAMP和cGMP也參與了軸突的生長。培養(yǎng)脊髓神經(jīng)元生長錐的吸引作用和與膜滲透的cAMP梯度相關。一般認為,細胞內(nèi)cAMPandcGMP增高均引起吸引作用,而cAMPandcGMP降低引起推動作用。cAMP能被許多信號途徑激活,包括細胞粘附分子、Ca2+、神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)調(diào)節(jié)子。如Netrin、BDNF通過cAMP引起培養(yǎng)神經(jīng)元生長錐生長。cAMP下游分子是蛋白激酶A(PKA),PKA的底物有Oncoprotein18(一種微管調(diào)節(jié)子)和Mena(一種profilin連接蛋白)。同時,PKA可磷酸化RhoA也與actin相關。2.3tpase循環(huán)調(diào)節(jié)分子Rho在昆蟲有6種,哺乳類動物發(fā)現(xiàn)了10多種,其中RhoA、Rac1、Cdc42為actin細胞骨架的主要調(diào)節(jié)分子。例如,EphrinsA5與配體結(jié)合后引起RhoGTPase濃度增加,卻不改變其總量。一般來說Rac1、Cdc42引起軸突的生長和細胞遷移,RhoA引起生長錐塌陷。RhoGTPase能與GTP/GDP結(jié)合,以GDP結(jié)合和GTP結(jié)合兩種狀態(tài)存在,前者為非活化狀態(tài),后者為活化狀態(tài)。RhoGTPase循環(huán)的調(diào)節(jié)有3類分子:嘌呤核苷酸交換因子(GEFs)、Rho酶活化蛋白(GAPs)和解離抑制因子(RhoGDIs)。GEFs促進GDP與GTP的交換,GAPs增強Rho酶的內(nèi)在活性,RhoGDIs促進Rho酶與GDP結(jié)合并抑制GDP交換為GTP。上游暗號分子和受體通過激活上述3種分子調(diào)節(jié)RhoGTPase。例如,在果蠅僅有6種RhoGTPase,卻有20余種GEFs和20余種GAPs。同時GEFs和GAPs還有其他信號的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域,如SH2、SH3、PLEKSTRIN-HOMOLOGY、PDZ,使GEFs和GAPs受各種上游信號的調(diào)節(jié)。受體酪氨酸激酶Trio是GEFs的結(jié)合伴侶,包含兩個GEF區(qū)域,可與Rac和Rho相互作用。P75可與Rho直接結(jié)合而活化它的活性。與RhoGTPase和actin細胞骨架聯(lián)系的中間蛋白主要有:N-WASP、Park、Rock和mDia。N-WASP是Cdc42的作用分子,他們的下游分子是與actin合成相關的Arp2/3。Park是cdc42和Rac的下游分子,Park激活Lim酶,抑制coffin引起的F-actin脫聚作用。Rock是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶,為Rho的作用分子,它可磷酸化mysion輕鏈和mysion輕鏈亞基的磷酸酶,均能引起mysion磷酸化。MDia是Rho的另一作用分子,作用于proffilin,調(diào)節(jié)actin聚合作用。3動脈白運動學3.1ns控制肌動蛋白聚合肌動蛋白聚合是肌動蛋白單體(monomer)在肌動蛋白正端連接的過程。有三種蛋白起重要作用:單體序貫蛋白、包埋末端加帽蛋白和肌動蛋白相關蛋白。單體序貫蛋白(monomer-sequesteringproteins)通過單體的可獲得能力(availability)控制肌動蛋白聚合,主要有profilin、thymosinB4、Ena。包埋末端加帽蛋白(barbedendcappingproteins)在已存在的纖維末端調(diào)節(jié)肌動蛋白聚合,如CapZ、gelsolin。肌動蛋白的核聚(nucleation)被認為是通過位于肌動蛋白邊緣兩個肌動蛋白相關蛋白Arp2和Arp3(actin-relatedproteins)實現(xiàn)的。上游信號激活上述蛋白的信號通路如下:Cdc42-N-WASP-Arp2/3,Rho-mDia-Profilin,Slit/robo-Ena-Profilin。另外,Ca2+和cAMP/cGMP也參與蛋白的活化。3.2關于n-eth-table-pcr的信號通路逆流是肌動蛋白纖維脫離肌動蛋白正端的過程。從理論上講,這個過程由ATPase激動劑活性和肌球蛋白myosin的活性決定。myosin的抑制劑(N-ethylmaleimide,MEM和butanedionemonoxime,BDM)阻止逆流并刺激細胞邊緣的前突。上游信號激活myosin的信號通路有:Rho-ROCK-myosin;Rho-ROCK-MLCphosphatase-myosin;Rac-Pak-MLC-myosin。3.3gelsolin和adf的相關蛋白肌動蛋白脫聚作用是肌動蛋白單體脫離肌動蛋白負端的過程。它保證了肌動蛋白單體的循環(huán),為聚合作用的必要條件。兩類蛋白調(diào)節(jié)脫聚過程:gelsolin家族和ADF(actin-depolymerizing-factor)/cofilin家族。前者為高活性蛋白并可與肌動蛋白帽端結(jié)合,后者為低活性蛋白并有單體的肌動蛋白結(jié)合活性。目前已知有三條與RhoGTPase有關調(diào)節(jié)兩類蛋白:Rho-ROCK-LIMkinase-cofilin;Rac-Dock-LIM