ГИПОТЕЗА  НЕЙРОГЕНЕЗА

Князева  Ольга  Александровна

д-р  биол.  наук,  профессор  кафедры  биологической  химии, 
Башкирский  государственный  медицинский  университет, 
РФ,  г.  Уфа

Ишкинин  Руслан  Эдуардович

студент  5  курса, 
Башкирский  государственный  медицинский  университ,  
РФ,  г.  Уфа

E-mail:  ruslan.9031993@yandex.ru

Насртдинов  Ильмир  Галинурович

студент  5  курса, 
Башкирский  государственный  медицинский  университет, 
РФ,  г.  Уфа

E-mail:  i.nasrtdinov@mail.ru

Гарипов  Илгиз  Илдарович

студент  5  курса, 
Башкирский  государственный  медицинский  университет, 
РФ,  г.  Уфа

E-mail: 

HYPOTHESIS  OF  NEUROGENESIS

Olga  Knyazeva

doctor  of  Science, 
Bashkortostan  State  Medical  University, 
Russia,  Ufa

Ruslan  Ishkinin

Student, 
Bashkortostan  State  Medical  University, 
Russia,  Ufa

Ilmir  Nasrtdinov

Student, 
Bashkortostan  State  Medical  University, 
Russia,  Ufa

Ilgiz  Garipov

Student, 
Bashkortostan  State  Medical  University, 
Russia,  Ufa

АННОТАЦИЯ

В  данной  работе  предложена  гипотеза  образования  новых  синаптических  связей,  играющих  ключевую  роль  в  формировании  долговременной  памяти. 

ABSTRACT

There  has  been  proposed  a  hypothesis  of  formation  of  new  synaptic  connections,  playing  the  key  role  for  long-term  memory.

Ключевые  слова:  синаптические  связи;  нейромедиатор;  метаботропный  рецептор;  вторичные  мессенджеры;  белок  NGF;  рецепторы  LNGFR  и  TrkA.

Keywords:  synaptic  connection;  a  neurotransmitter;  metabotropic  receptor;  second  messenger;  protein  NGF;  receptors  LNGFR  and  TrkA.

Современные  представления  о  молекулярных  механизмах  формирования  долговременной  памяти  основаны  на  концепции,  согласно  которой  приобретение  нового  опыта  сопровождается  экспрессией  широкого  спектра  новых  белков  с  последующими  структурными  изменениями  синаптических  контактов  между  клетками  [2].  Каким  же  образом  образуются  новые  синаптические  связи,  играющие  одну  из  ключевых  ролей  в  формировании  долговременной  памяти?  На  основании  уже  известных  фактов  нами  предложена  гипотеза,  которая  может  раскрыть  один  из  аспектов  этого  сложного  явления.  Для  ее  обоснования  были  использованы  следующие  данные:

1.В  экспериментальных  исследованиях  на  крысах  было  показано,  что  количество  синапсов  увеличивается  с  приобретением  опыта  [4].

2.Движение  медиаторов  в  нейроно-глиальных  щелях  влияет  на  локализацию  нейрорецепторов.  Рецепторы,  вытесненные  из  синаптической  щели,  кластеризуются  у  квазистационарных  точек,  образуя  на  нейроне  мозаику  метаботропных  рецептивных  кластеров  (МРК). 

3.Медиаторы,  интерферирующие  за  пределами  синапсов,  управляют  локальными  конформациями  МРК  [2].

4.При  введении  серотонина  больным  шизофренией  отмечается  улучшение  памяти  и  внимания  [1].

5.Изменения  активности  серотонинергической  системы  приводит  к  нарушению  синаптической  пластичности,  дисбалансу  нейрональных  связей  и,  как  следствие,  развитие  нейродегенеративных  заболеваний.

6.Рецепторы  серотонина  являются  как  метаботропными  (5-НТ  1,2,4,5,6,7),  так  и  ионотропными  (5-НТ  3).  Причем  5-НТ  1,5  снижает  клеточный  уровень  цАМФ,  5-НТ  4,  6,  7  –  увеличивает  его.  5-НТ  2  рецепторы  повышают  клеточный  уровень  IP3  и  DAG  [3].

7.Агонисты  5-НТ  2А  рецепторов  приводят  к  улучшению  настроения,  физической  и  психической  активности,  улучшению  ассоциативного  и  креативного  мышления.

8.Мозаприд  (агонист  5-НТ  4)способствует  нейрогенезу  в  ЖКТ  [6].

9.СИОЗС  устраняет  когнитивные  дисфункции,  вызываемые  сахарным  диабетом.

10.Формирование  у  крыс  пищевых  условных  рефлексов  сопровождается  повышением  содержания  РНК  в  ядре  и  цитоплазме  [5].

11.При  формировании  условных  рефлексов  увеличивается  степень  метилирования  ДНК  мозга.  Гиперметилирование  CpG-островков  в  промоторных  областях  генов,  приводит  к  устойчивой  репрессии  транскрипции.  Репрессия  транскрипции  в  этом  случае  опосредована  метилцитозин-связывающими  белками,  которые  способны  связываться  с  метилированными  CpG-динуклеотидами. 

12.Ингибирование  белка  РР1  приводит  к  уменьшению  проблем  с  памятью.

13.CaM-киназа  фосфорилирует  CREB  (цАМФ-зависимый  транскрипционный  фактор)  в  течение  нескольких  секунд  после  притока  Ca²⁺.

14.К  генам,  транскрипция  которых  регулируется  CREB,  относятся  c-fos,  BDNF,  NGF,  VGF  (белки,  участвующие  в  процессах  памяти).

15.Доказана  роль  CREB  в  нейрональной  пластичности  и  долговременной  памяти.

16.Фактор  роста  нервов  (NGF)  вызывает  рост  аксонов:  способствует  их  ветвлению  и  небольшому  удлинению.  NGF  связывается,  по  меньшей  мере,  c  двумя  классами  рецепторов:  LNGFR  и  TrkA. 

17.Трофические  эффекты  NGF  могут  передаваться  на  развивающиеся  нейроны  в  виде  ретроградного  транспорта  NGF  от  нервных  терминалей  в  тела  клеток.  NGF  активно  захватывается  в  нервные  терминали  и  транспортируется  ретроградно  в  сому.

18.Если  NGF  вводится  взрослым  крысам,  у  них  улучшается  выполнение  пространственных  задач  [3].

19.VGF  —  белок,  участвующий  в  регулировании  энергетического  гомеостаза,  метаболизма  и  синаптической  пластичности.  Экспрессия  белка  VGF  индуцируется  нейротрофными  факторами  NGF,  BDNF  и  нейротрофином-3.  Сниженная  экспрессия  VGF  отмечается  при  болезни  Альцгеймера,  с  развитием  которой  происходит  потеря  долговременной  памяти  [6].

Исходя  из  вышеперечисленного,  можно  предположить,  что  при  прохождении  импульса  по  аксону  к  терминали  в  синаптическую  щель,  выделяется  нейромедиатор,  который  взаимодействует  с  постсинаптической  мембраной  и  частично  вымывается  в  нейроглиальную  щель.  Там  он  взаимодействует  с  метаботропными  рецепторами,  расположенными  на  соседних  нейронах.  Под  действием  медиатора  происходят  конформационные  изменения  рецептора,  что  увеличивает  чувствительность  к  медиатору  (возможно,  эти  изменения  лежат  в  основе  образования  временной  связи  между  группами  нейронов  при  кратковременной  памяти). 

Рисунок  1.  Образование  синаптических  связей

Метаботропный  рецептор  передает  сигнал  внутрь  клетки  и  многократно  его  усиливает.  Эти  рецепторы  связаны  с  G-белком,  которые  могут  увеличивать  или  уменьшать  концентрацию  вторичных  мессенджеров  (цАМФ,  инозитол-3-фосфата  (ИТФ),  диацилглицерола  (ДАГ)).  При  увеличении  внутриклеточного  уровня  цАМФ  активируется  протеинкиназа  А,  которая  перемещается  в  клеточное  ядро,  где  фосфорилирует  и  тем  самым  активирует  CREB.  Активированный  CREB  связывается  с  CRE-участком  промотора,  при  этом  начинают  транскрибироваться  гены  BDNF,  NGF.  При  уменьшении  уровня  цАМФ  протеинкиназа  А  становится  неактивной,  не  фосфорилирует  СREB  и  не  запускает  синтез  белков.  При  увеличении  содержания  ИТФ  увеличивается  концентрация  эндогенного  Ca²⁺,  а  ДАГ  —  экзогенного.  ДАГ  и  Ca²⁺  активируют  CaM-киназу.  Она  фосфорилирует  CREB,  который  активирует  синтез  нейротрофинов.  СaM-киназа  также  активирует  ДНК-метилтрансферазу.

Метилирование  ДНК  заключается  в  присоединении  метильной  группы  к  цитозину  в  составе  CpG-динуклеотида  в  позиции  С5  цитозинового  кольца.  Гиперметилирование  CpG-островков  в  промоторных  областях  генов,  приводит  к  устойчивой  репрессии  транскрипции.  К  белкам  репрессорам  относятся  метилцитозин-связывающие  белки.  Возможно  к  ним  также  относится  белок  РР1.  Так  как  содержание  РНК  увеличивается,  значительная  часть  генов  растормаживается.  Поэтому  можно  предположить,  что  кодируемые  активированными  генами  белки  ответственны  за  формирование  синапсов.  Ca²⁺  также  активирует  фосфодиэстеразу,  которая  расщепляет  цАМФ  до  АМФ.  Это  приводит  к  тому,  что  активация  синтеза  нейротрофинов  идет  только  по  одному  пути.  NGF  выходит  в  нейроглиальную  щель  и  связывается  c  двумя  классами  рецепторов:  LNGFR  и  TrkA.  NGF  активно  захватывается  в  нервные  терминали  и  транспортируется  ретроградно  в  сому.  Там  он  действует  на  экспрессию  белка  VGF  и  др.  белков  участвующих  в  образовании  синапса.  Белок  VGF  участвует  в  регулировании  энергетического  гомеостаза,  метаболизма  и  синаптической  пластичности. 

Таким  образом,  мембрана  нейрона  начинает  расти  к  месту  секреции  NGF.  При  сближении  двух  мембран  между  ними  образуется  синапс,  образование  которого  следует  считать  завершением  формирования  долговременной  памяти  (рис.  1).

Список  литературы:

1. Никольский  Е.Е.  Молекулярные  механизмы  передачи  информации  через  синапсы  химического  типа  //  Казан.  мед.  журн.  —  2010.  —  Т.  91,  —  №  4.  —  С.  433—437.
2. Радченко  А.Н.  Информационный  ключ  к  памяти  мозга  //  Труды  СПИИРАН.  Вып.  3,  т.  2.  СПб:  Наука,  2006.  —  С.  269—286.
3. Скребицкий  В.Г.  Синаптическая  пластичность  как  проблема  нейрофизиологии.  //Вестник  РФФИ.  —  2004.  —  Т.  4.  —  С.  65—81.
4. Тушмалова  Н.А.  Современные  представления  о  макромолекулярных  механизмах  памяти//Исследование  памяти  /  Под  ред.  Н.Н.  Корж.  М.,  2009.  —  С.  137—145.
5. Bushey  D.,  Tononi  G.,  Cirelli  C.  Sleep  and  Synaptic  Homeostasis:  Structural  Evidence  in  Drosophila  //  Science.  —  2011.  —  V.  332.  —  P.  1576—1581.
6. Matsuyoshi  H.,  Kuniyasu  H.,  Okumura  M.,  et  al.  A  5-HT  4  receptor  activation-induced  neural  plasticity  enhaces  in  vivo  reconstructs  of  enteric  nerve  circuit  insult  //  Neurogastroenterol.  —  2010.  —  P.  806—813.