Baltymų kinazė M-zeta "uždaryta"? • Svetlana Yastrebova • Mokslo naujienos apie "elementus" • Neurobiologija, molekulinė biologija

Baltymų kinazė M-zeta „uždaryta“?

Pav. 1. Židinio įtraukimas į aplinką, kurioje yra hipokampos ląstelių kultūros, padidina pastarųjų elektrinį aktyvumą. Taškinė linija rodo medžiagos įvedimo momentą. Kuo didesnė ZIP koncentracija (μM – mikromoliai litre), tuo stipresnis poveikis (ΔF / F yra fluorescencijos dažnis, reaguojantis į kalcio koncentracijos pokyčius ląstelėje). Paveikslėlis iš aptariamo straipsnioNeurologijos žurnalas

2000 m. Viduryje ir 2010 m. Pradžioje neurologai visame pasaulyje aktyviai ištyrė neįprastą fermentą, baltymų kinazę M-zeta (arba mu-zeta, PKMζ). Baltymai pažadėjo tapti "atminties tabletėmis", o jo ZIP inhibitorius (zeta slopinantis peptidas) – priemonė atsikratyti prisiminimų. Per pastaruosius porą metų darbingumas PKMζ susilpnėjo, straipsnių autoriai vis dažniau rašo, kad ryšys tarp "atminties molekulės" ir jo inhibitorių su atminties procesais yra abejotinas. Čia ir naujausi darbai Neurologijos žurnalas sakoma, kad baltymo kinazės M-zeta, ZIP, inhibitorius sukelia greitą ląstelių kultūroje augančių hipokampo neuronų mirtį. Ir tai yra nepaisant to, kad liūto dalis ankstesnių duomenų parodė, kad ZIP neuronuose daro įtaką PKM PK veikimui ir nieko kitam.

Dauguma tyrėjų pripažįsta elgesio ir smegenų sąsają.Keletas profesionalių mokslininkų abejoja, kad mintys, emocijos ir prisiminimai yra nervinių ląstelių produktas. (Yra, žinoma, kai kurie gana gerai žinomi atvejai, bet jūs negalite vadinti juos neurobiologais visame šio žodžio prasme). Jei taip, tuos pačius mintis, emocijas, atminimą ir tt galima ištirti atskirų neuronų ar jų mažų grupių lygiu. Tai apskritai ir buvo padaryta keletą dešimtmečių.

Viena iš įdomiausių žmonių ir gyvūnų bruožų yra sugebėjimas įsiminti faktus ir išmokti įvairias įgūdžius. Norėdami išsaugoti informaciją, jis turi būti parašytas kur nors, taip pat kaip ir kompiuterio standžiojo disko duomenys. Mums reikia tam tikrų patvarių molekulių, kurios saugotų daugelį metų. Mokslininkai pasiūlė nukleorūgštis ir įvairius baltymus kaip informacijos laikmenas skirtingais laikais. Dabar atrodo gana tikėtina, kad atmintis padeda prioninius baltymus laikyti (žr.: "Prionų tipo baltymai" palaiko ilgalaikius prisiminimus) – baltymai, kurie vieną kartą ir pagaliau gali keistis savo išorine įtaka, o po to keičiasi grandinė kaimyniniai baltymai su ta pačia aminorūgščių seka. Vienas iš šių baltymų yra CPEB3, citoplazminis polyadeniliacijos elementas jungiantis baltymas (J.S.Stephan ir kt., 2015. CPEB3 baltymas yra funkcinis prionas, sąveikaujantis su Actin citozė.) Skirtingai nuo prionų, kurie sukelia mirtinas ligas, pvz., Kuro ar proto karvių ligas, prioniniai baltymai neužmuša jų vežėjų.

Norint pradėti gaminti prioninius (ir daugelį kitų) baltymus neuronuose, o informacija yra įrašoma ilgaamžėje atmintyje, ląstelė turi būti "sustiprinta". Laiko metu kaimynų signalai ateina į bet kurio neurono sinapses, todėl norint aktyvuoti baltymų sintezę būtina, kad tam tikros sinapsės signalų iš išorės pasirodymas dažniausiai padidėtų ir tam tikru metu išliktų aukštas. Kaip rezultatas, pati ląstelė, kuri gauna signalus, pradeda gaminti stipresnius impulsus – skatina postsynaptinio potencialo (EPSP). Čia mes kalbame ne apie visus neuronus, bet tik apie tuos, kurie gamina glutamatą – įkvepiantį neurotransmiterį (tačiau apskritai postsinaptiškas potencialas neturi būti stimuliatorius, jis gali būti slopinantis, TPSP). Jei EPSP galia padidėja mažiausiai keletą dešimčių minučių, tai sakoma apie ilgalaikį potencijavimą (tai ne vienintelė atminties ir mokymosi ląstelių sistema, bet viena iš dažniausiai naudojamų ir gerai ištirtų).

Ilgainiui potencija, kaip ir daugelis kitų procesų, pirmiausia turi būti sukurta ir tada palaikoma. Pirmasis yra lengviau nei antrasis. Medžiagos, kurios tiksliai nurodo išlaikyti ilgalaikis potencija, palyginti mažai žinoma. Vienas iš jų yra baltymo kinazė M-zeta (PKMζ). Kaip ir kitos baltymo kinazės, jis prideda fosfato grupę -PO4 įvairioms voverėms. PKMζ iš esmės yra kito fermento, netipinės C-zeta baltymo kinazės (PKCζ) fermentas, neturintis autoinhibitorinio domeno (molekulės dalis, galinti reguliuoti jo aktyvumą). Kai aktyviai formuojasi, PKMζ lieka jame. Tačiau įdomiausia yra tai, kad jis susidaro tik nervų audinyje (A. Ivanas Hernandezas ir kt., 2003 m. Proteinu kinazės atvejo katalitinė domenas). Kas nėra atminties pagrindas? "Gyvena" daug, išlaiko savo savybes ilgą laiką.

Vis dėlto, PKMζ aktyvumas gali būti nutildytas. Yra trumpa molekulė iš trylikos aminorūgščių – ZIP (zeta slopinamojo peptido). Jis slopina M-zeta baltymo kinazės kaip fermento aktyvumą. Ilgesnis panašus peptidas, kuriame tos pačios amino rūgštys yra atvirkščios (taip pat vadinamos raižyti ZIP arba scrZIP), neturi įtakos PKMζ toje pačioje koncentracijoje.

Pradiniai duomenys parodė, kad ZIP sąveikauja tik su šia proteinkinazine ir nedaro įtakos net labiausiai panašioms molekulėms, tokioms kaip baltymo kinazė C arba PKC (Todd C. Sacktor, 2011. Kaip PKMζ palaiko ilgalaikę atmintį?). Ilgą laiką gerai žinomi B proteina kinazių (ir "dažniausiai" ir netipiškų izoformų) inhibitoriai neturėjo tokios selektyvumo, todėl ZIP ir prieš juos ir pats savaime atrodė kaip idealus būdas panaikinti mokymąsi ir prisiminimus ląstelių lygiu. Jo poveikis nervų sistemai buvo išbandytas atskiruose neuronuose, ląstelių kultūrose, smegenų skiltelėse ir gyvuose organizmuose. Eksperimentuose taip pat dalyvavo ir pelės (X.-Y. Li et al., 2010). Taip pat dalyvavo eksperimentuose dalyvavo žiurkės (S. Ángeles-Durán ir kt., 2012 m.). metaplastinis in vivo pasikeitimas ilgaamžės galvos smegenų embolijai in vivo ir aplizia jūriniai moliuskai (D. Cai et al., 2011. Protein Kinase M palaiko ilgalaikį jautrumą ir ilgalaikį supaprastinimą Aplysija), o sausumos moliuskai – vynuogių sraigės (P.M. Balaban ir kt., 2015. Metodo baltymo kinazės homologas) Helix) ir net tarakonai (Z. Deng et al., 2015. Zeta inhibitorių peptidų (ZIP) ilgaamžių prisiminimų tarakonas). Tyrėjai naudojosi įvairiais mokymosi modeliais, o iki 2013 m. Viskas sekėsi gerai. Aktyvus PKMζ reiškė stabilią atmintį, ir "išjungta" parodė, kad nieko naujo nebuvo įdėta į galvą ir į konkrečius gyvūno neuronus.

Naujoji 2013 m. Atnešė blogų naujienų mokslininkams. Pirmajame sausio mėnesio numeryje Gamta tada iš karto pasirodė du straipsniai, įtikinamai įrodo, kad pelės be PKMζ geno (iš tikrųjų be PKCζ geno, nes informacinė RNR, reikalinga PKM sintezei, yra sukurta alternatyvia PKCζ geno transkripcija) kai kurių smegenų regionų neuronuose gerai gyvena ir mokosi ne blogiau nei jų bendri giminaičiai (žr. AM Lee ir kt. Prkcz Nulinės pelės parodo įprastą mokymąsi ir atmintį bei L. J. Volk ir kt. PKM-ζ nėra reikalingas hipokampos sinapsiniam plastiškumui, mokymuisi ir atminčiai). Be to, tuo pačiu metu pasirodė, kad ZIP taip pat pažeidžia tų gyvūnų, kurių apibrėžimas PKMζ negali būti, atmintis. Jau tai turėtų pasakyti, kad "ZIP" neveikia pasirinktinai, kaip atrodė anksčiau.

Nepaisant to, baltymų kinazės M-zeta, veikiančios nervų sistemoje, pradininkas Todas C. Sacktor nusprendė apginti savo palikuonis ir išleido daug dokumentų, kuriuose ZIP veikia kaip pirmasis ir vienintelis PKMz inhibitorius (žr., Pavyzdžiui, Y. Yao ir kt., 2013 m. Biocheminių ir funkcinių veiksmingumo atitikimas patvirtina ZIP kaip stiprų PKMζ inhibitorių inhibitorių neuronuose). Ir nors tai gali būti suprantama, vis dar verta pažvelgti į faktus.

2015 m. Vasarą Amerikos mokslininkai paskelbė straipsnį "Protein Kinase C (PKC) ζ Pseudosubstrate inhibitoriaus peptidas" akivaizdžiai jungiasi PKC taikymą ir translokaciją, o tai rodo, kad ZIP, pirma, sąveikauja su visomis baltymo kinazės C rūšimis ir antra, šis peptidas sutrikdo normalią PKC ir PKMζ molekulių pasiskirstymą ląstelėje. Straipsnis buvo paskelbtas ne labai žinomame žurnale, kuris yra daug autoritetingesnis nei Gamta. Ir vis tiek.

Vėliau, 2015 m. Rugsėjo mėn. Izraelio neurologai paskelbė savo ZIP tyrimų rezultatus Neurologijos žurnalas, daugiau autoritetingų ir specializuotų. Jų straipsnis, "Peptide's Zeta Inhibitor", baltymų inhibitoriaus kandidatas, "HiPocampal Neurons", yra skirtas testuoti, kaip PKMz inhibitorius veikia hipokampo neuronus ne tik gyvūno, bet ir ląstelių, gautų iš dviejų ir trijų savaičių amžiaus vyrų žiurkės. Eksperimento grynumui ZIP buvo įsigytas iš trijų skirtingų gamintojų. Be to, naudojamas ir "neaktyvus" scrZIP. Pirmoji arba antroji medžiaga buvo pridedama prie neuronų kultūrų tose pačiose koncentracijose, kurios buvo dažnai naudojamos ankstesniuose tyrimuose apie ZIP aktyvumą (būtent nuo 1 iki 10 mikromolių litre). Neuronų aktyvumas stebimas naudojant elektrodus, taip pat dažus, kurie keičia spalvą priklausomai nuo kalcio koncentracijos ląstelėje (1 pav.).

Pasirodo, kad mažiau nei 5 minutes po to, kai buvo pridėta ZIP, spontaninė neuronų veikla didėja. Tai reiškia, kad į ląsteles nėra jokių specialių signalų, jie nieko "neišmoko", bet vis dėlto jie dažniau siunčia nervinius impulsus. Kuo didesnė ZIP (ir scrZIP) koncentracija, tuo aktyvesni tapo neuronai.Tuo pačiu metu jie padidino laisvųjų kalcio jonų kiekį – tai iš esmės yra normalus ląstelėms, kurių sinapsės ilgą laiką stiprina, tačiau tai būdinga ląstelėms, kurios nėra būdingos jokiam ypatingam poveikiui.

Buvo būtina išsiaiškinti, kodėl padidėjo kalcio kiekis neuronuose. Su ilgalaikiu potencija, tai dažniausiai atsitinka dėl to, kad aktyvuojami kalcio kanalai ant ląstelės membranos, o atitinkami jonai tampa lengviau pereiti į citoplazmą. Tačiau ilgalaikio potencialo negalima. Koks klausimas?

Tyrėjai užblokavo neuronų kalcio kanalus (o kalcio negalėjo patekti į išorines ląsteles) ir vėl pridėjo ZIP (arba scrZIP) į kultūros terpę. Kartu su dažikliais padidėjo kalcio koncentracija. Tai nėra fantazija, bet nuoroda, kad kalcio pateko į citoplazmą iš ląstelių šaltinių. Mažais kiekiais tai nėra baisi, tačiau tikslinga prisiminti, kad gausus kalcio išmetimas iš ląstelių depų įvyko per ląstelių mirtį. Buvo įtariama, kad hipokampinio ZIP ir scrZIP neuronų kultūrų atveju jie tiesiog sukelia ląstelių mirtį.

Šis įtarimas buvo patikrintas taikant tinkamus dažiklius, kurie pasireiškia spalvomis tik negyvose ląstelėse (2 pav.). Paaiškėjo, kad po 20 minučių poveikio ZIP ir scrZIP pradeda žudyti neuronus. Vėlgi, kuo didesnė jo koncentracija, tuo daugiau ląstelių mirė.

Pav. 2 ZIP nužudo hipokampo neuronus kultūroje. Raudonai rodo negyvas ląsteles žalia – gyvas. Propidium jodidas ir calcein-AM yra dažikliai, naudojami tiriant ląstelių mirtį (įskaitant užprogramuotą). Raudona spalva Propidiumo jodidas rodo, kad ląstelės DNR yra labai pažeista, ir žalia spalva Calcein-AM signalai, kad esterazės fermentai vis dar veikia ląstelėje, ir viskas yra santykinai tvarkinga. Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio Neurologijos žurnalas

Straipsnio autoriai teigia, kad šis ZIP ir scrZIP poveikis gali būti paaiškintas aminorūgščių, sudarančių jų sudėtį, rinkiniu. Keli 13 aminorūgščių liekanos yra teigiamai įkrauta. Tai primena kai kuriuos antibakterinius ir priešgrybelinius peptidus, kurių sudėtyje 4-5 aminorūgštys yra teigiamo krūvio. Tokie peptidai, neatsižvelgiant į amino rūgščių tam molekulėje pastebimai įtakoti ląstelių išgyvenimą (A. Makovitzki ir kt., 2006 m ultratrumpos antibakterinių ir priešgrybelinių lipopeptides).

Iš šių rezultatų matyti, kad ZIP tikrai "ištrina atmintį".Bet jo poveikis nėra toks specifinis kaip Todo Saktorio vadovaujami pionieriai ir tie, kurie bandė pakartoti savo eksperimentus su kitais galvijams. Matyt, veiksmas ZIP ir tariamai neaktyvus analogas scrZIP yra panašus į smūgį į galvą. Žinoma, tai veikia, bet pasekmės yra ne viskas, ko norėtume.

Tačiau viskas, kas buvo pasakyta, nėra priežastis pamiršti M-zeta proteino kinazės tyrimus ir netgi priežastis manyti, kad jis neatlieka jokio vaidmens atminties procesuose. Iš tiesų, molekulės inhibitoriaus veikimo tyrimas nėra tas pats kaip ir paties molekulės poveikio tyrimas. Be to, paaiškėjo, kad ZIP vienu metu paveikia daugelį procesų, o daugeliu atvejų jo poveikis neturi nieko bendra su PKMζ. Tikriausiai mokslininkai turėtų iš naujo apsvarstyti savo fermento tyrimo metodus, tačiau nėra priežasčių pasitraukti iš tyrimo.

Šaltiniai:
1) Noa Sadeh, Sima Verbitsky, Yadin Dudai ir Menahem Segal. Zeta inhibuojančio peptido A inhibitorius kandidatas proteino kinazės Mζ Ar ekscitotoksinio į išauginti hipokampo neuronų // Neurologijos žurnalas. 2015. V. 35 (36). 12404-12411 p.
2) Todd C. Sacktor. Kaip PKMζ palaiko ilgalaikę atmintį? / / Gamtos apžvalgos Neuroscience. 2011. V. 12. P. 9-152.
3) Anna M. Lee Benjaminas R. Kanter, Danas Wang Jana p Lim, Mimi E. Zou, Čičen Qiu Thomas McMahon Jahan Dadgar, Sara C Fischbach-Weiss & Robertas O. Messing. Prkcz null pelės rodo normalų mokymąsi ir atmintį // Gamta. 2013. V. 493. P. 416-419.
4) Lenora J. Volk, Julija L. Bachman, Richard Johnson, Yilin Yu ir Richard L. Huganir. PKM-ζ nereikalingas hipokampos sinapsiniam plastiškumui, mokymuisi ir atminčiai // Gamta. 2013. V. 493. P. 420-423.
5) yudong Yao Charles Shao, Desingarao Jothianandan Andrew Tcherepanov, Harel Shouval Todd "Charlton Sacktor. Tinkamiausi biocheminiai ir funkciniai veiksmingumai patvirtina ZIP kaip stiprų PKMζ konkurencingą inhibitorių neuronuose. Neurofarmakologija. 2013. V. 64. P. 37-44.
6) Amy S. Bogard, Steven J. Tavalin. Protein Kinase C (PKC) se Pseudosubstrato inhibitoriaus peptidas atvirkščiai jungiasi su PKC šeimos taikymu ir translokacija // Molekulinė farmakologija. 2015. V. 88. p. 728-735.

Taip pat žiūrėkite:
1) Kokį indėlį M-zeta proteino kinazė daro atminties formavimui? "Elementai", 2013 02 12.
2) Pateikiamos ilgalaikės atminties molekulinės bazės, "Elements", 2012 03 12.

Svetlana Yastrebova


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: