ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2008, том 418, № 1, с. 125-127
= ФИЗИОЛОГИЯ ^
УДК 591.481.42+577.25
ЛИМКИНАЗА-1 В ГОЛОВНОМ ГАНГЛИИ ДРОЗОФИЛЫ В УСЛОВИЯХ ГЕНЕТИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ БАЛАНСА КИНУРЕНИНОВ
© 2008 г. Н. Г. Лопатина, Т. Г. Зачепило, Е. В. Савватеева-Попова
Представлено академиком А.Д. Ноздрачевым 07.12.2006 г. Поступило 13.12.2006 г.
Фермент лимкиназа-1 (LIMK-1) относится к семейству нейроспецифических нерецепторных протеинкиназ, фосфорилирующих деполимери-зующие актин факторы ADF/cofilin, инактивируя их и таким образом участвуя в ремоделировании актина цитоскелета [1]. Роль актина - одного из основных опорных (scaffolding) белков цитоскелета - в морфогенезе пресинапса (регуляция освобождения нейромедиатора) и постсинаптиче-ских структур (морфология шипикового аппарата дендритов, локализация рецепторов и др.), и как следствие - в процессах синаптической пластичности, обучения и памяти (кратковременной и долговременной) хорошо известна (см. обзоры [2, 3]). C гемизиготностью по гену LIMK-1 специфически связан синдром Уильямса (когнитивные дефекты зрительно-пространственного ориентирования). В связи с этим понятна важность выявления факторов, могущих влиять на экспрессию и активность фермента LIMK-1. В последние годы получены косвенные данные, позволяющие предположить ее участие в регуляции сигнального каскада: рецепторы глутамата - актин цитоскелета - морфология мозга и поведение - кинурени-новых метаболитов триптофана (КПОТ) (см. обзоры [4-6]). В многочисленных исследованиях показана полифункциональная роль кинуренинов (кинуреновой кислоты, 3-гидроксикинуренина) в регуляции функции мозга и поведения в норме и патологии (эпилепсия, нейродегенерация как у позвоночных [7, 8], так и у беспозвоночных животных, в частности у насекомых (см. обзоры [4, 5, 9, 10]). Выявлена гомология структурных генов ферментов КПОТ [11] у животных, стоящих на разных филогенетических уровнях развития. Гомология LIMK-1 у насекомых (дрозофила) по сравнению с млекопитающими составляет 5053% [12]. Последнее дает возможность на более простоорганизованных (и более дешевых) объек-
тах решать общефизиологические проблемы. Задачей настоящего исследования явилось, используя сравнительно-генетический и ABC-иммуноги-стохимический метод [13] выявить характер экспрессии LIMK-1 в структурах головного ганглия дрозофилы дикого типа (линия Canton-S) и особей, несущих мутации структурных генов ферментов, последовательно блокирующих этапы КПОТ [11], а именно: мутацию vermilion, v, инак-тивирующую фермент триптофандиоксигеназу (отсутствие всех кинуренинов), мутацию cinnabar, cn, инактивирующую фермент кинуренин-3-гидроксилазу (накопление кинуренина и кинуре-новой кислоты), мутацию cardinal, cd, инактиви-рующую фермент феноксазинонсинтетазу (накопление 3-гидроксикинуренина). Результаты исследования приведены на рис. 1. Как можно видеть из рисунка, у особей дикого типа LIMK-1 обнаруживается во всем мозге, достигая наиболее высокой концентрации в центральном комплексе (эллипсоидное и вееровидное тела, нодули), в высшем центре локомоции, причастном и к обучению [14, 15]. В противоположность этому у мутанта v все структуры головного ганглия окрашены равномерно, что позволяет заключить о снижении уровня фермента в условиях дефицита кинуренинов. О связи наблюдаемых изменений в экспрессии фермента именно с кинуренинами свидетельствуют восстановление окраски головного ганглия до нормы в центральном комплексе у мутантов cd и некоторое превосходство таковой у мутантов cn, окраска зернистая. Эксперименты проведены на 5-суточных мухах обоего пола (половых различий не обнаружено). Для приготовления срезов мозга (7 мкм) было взято по 2030 особей на каждую линию.
Таким образом, в настоящей работе впервые получены прямые экспериментальные доказательства, подтверждающие гипотезу о вовлечении кинуренинов в модуляцию одного из ключевых звеньев сигнального каскада, участвующего в ремоделировании актина цитоскелета - экспрессии фермента LIMK-1. Одним из возможных каналов влияния кинуренинов, а именно кинуре-
Институт физиологии им. И.П. Павлова Российской Академии наук, Санкт-Петербург
126
ЛОПАТИНА и др.
Canton-S (cs)
5-гидрокситриптамин -
Триптофан
Триптофан-2, 3-диоксигеназа
Формилкинуренин
Кинуренинформамидаза
Кинуреновая кислота
Антраниловая кислота
Кинуренин
Кинуренин-3-гидроксилаза
Ксантуреновая кислота
cinnabar (cn)
3-гидроксиантраниловая кислота
£
-гидроксикинуренин
Феноксазинонсинтетаза
cardinal (cd)
Оммохромы
eb
vermilion
(v)
ccx 100
ж
v. ■ .-
-100мКм
Рис. 1. Сравнение уровня экспрессии LIMK-1 в мозге различных линий Drosophila melanogaster. Слева показан кинуре-ниновый путь обмена триптофана (КПОТ) и его мутации у D. melanogaster (vermilion - отсутствие кинуренинов, cinnabar - избыток кинуренина и кинуреновой кислоты, cardinal - избыток 3-гидроксикинуренина). Справа срезы мозга линии дикого типа Canton-S и линий, несущих мутации КПОТ. Окраска антителами к LIMK-1 человека (LIMK-1 - goat, "Santa Cruz", разведение 1 : 200) с помощью ABC-DAB-пероксидазного метода (ABC-Elite Kit, Vectastain, "Vector"). eb -эллипсоидное тело, ccx - центральный комплекс. Световая микроскопия. Десятикратное увеличение.
новой кислоты, нейропротективная роль которого хорошо изучена [7], могут служить ионотроп-ные рецепторы глутамата ^МБА-подтипа. Кинуреновая кислота является эндогенным лигандом глицинового сайта этого рецепторного комплекса. Активация КМБА-рецептора способствует модуляции состояния актина цитоскелета посредством изменения активности ЫМК-1 [15]. Возможные пути участия в регуляции изучаемого компонента сигнального каскада других кинуренинов должны быть исследованы в будущем. Ранее нами [5] было выявлено избирательное изменение чувствительности рецепторов глутамата в условиях дефицита кинуренинов. Мы полагаем,
что кинуренины, глутаматные рецепторы и LIMK-1 являются компонентами одного и того же сигнального пути в процессе формирования памяти и нейрональной патологии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Arber S, Barbayannis F, Hanser H.et al. // Nature. 1998. V. 393. P. 805-809.
2. Sheng M, Sala C. // Annu Rev. Neurosci. 2001. V. 24. P. 1-29.
3. Dillon Ch, Goda Y. // Annu Rev. Neurosci. 2005. V. 28. P. 25-55.
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 418 < 1 2008
ЛИМКИНАЗА-1 В ГОЛОВНОМ ГАНГЛИИ ДРОЗОФИЛЫ
127
4. Savvateeva E, Popov A., Kamyshev N. et al. // J. Neural. Transm. 2000. V. 107. P. 581-601.
5. Lopatina N, Tchesnokova E, Smirnov V.et al. // Ento-mol. Rev. 2004. V. 83. № 1. P. 1-20.
6. Yu P., Di Prospero N, Sapko M. et al. // Mol. and Cell. Biol. 2004. V. 24. № 16. P. 6919-6930.
7. Stone T. // Pharmacol Rev. 1993. V. 45. P. 309-379.
8. Schwarcz R., Pellicciari R. // J. Pharm. and Exp. Ther. 2002. V. 303. № 1. P. 1-10.
9. Pawlak D, Tankiewicz A., Matys T, Buczko W. // J. Physiol. and Pharmacol. 2003. V. 54. № 2. P. 175189.
10. Chiou S, Cerstiaens A., Kotanen S. // J. Insect Physiol.
1998. V. 44. P. 405-411.
11. Linzen B. // Adv. Insect Phisiol. 1974. V. 10. P. 117-246.
12. Ohashi K, Hosoya T, Takahashi K. et al. // Biochem. and Biophys. Res. Communs. 2000. V. 276. P. 11781185.
13. Молекулярная клиническая диагностика. Методы / Под ред. С. Херрингтона, Дж. Макги. М.: Мир,
1999. C. 20-64.
14. Strauss R, Heisenberg M. // J. Neurosci. 1993. V. 13. № 5. P. 1852-1861.
15. Попов A.B., Переслени А.И., Озерский П.В. и др. // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2004. Т. 90. № 4. С. 385-399.
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 418 < 1 2008
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.