Retrográd jelzés - Retrograde signaling

A retrográd jelzés a biológiában az a folyamat, amelyben a jel visszafelé halad a célforrásból az eredeti forrásba. Például a sejtmag az eredeti forrás a jelzőfehérjék létrehozásához. A retrográd jelzés során a magból kilépő jelek helyett a magba kerülnek. A sejtbiológiában ez a típusú jelátvitel jellemzően a mitokondriumok vagy kloroplasztiszok és a mag között történik. A mitokondriumokból vagy kloroplasztiszból származó jelzőmolekulák hatnak a magra, és befolyásolják a nukleáris génexpressziót. Ebben a tekintetben a kloroplaszt vagy a mitokondriumok érzékelőként hatnak a belső külső ingerekre, amelyek aktiválják a jelátviteli utat.

Az idegtudományban a retrográd jelzés (vagy a retrográd neurotranszmisszió ) pontosabban arra a folyamatra utal, amellyel egy retrográd hírvivőt, például anandamidot vagy nitrogén -oxidot felszabadít egy posztszinaptikus dendrit vagy sejttest , és "hátrafelé" halad a kémiai szinapszison keresztül, hogy megkötje a axonterminál a preszinaptikus neuron .

A sejtbiológiában

A retrográd jelek a plasztidokból a növények és eukarióta algák magjába , a mitokondriumokból pedig a legtöbb eukarióta magjába kerülnek. A retrográd jeleket általában úgy tekintik, mint a stresszhez és a környezeti érzékeléshez kapcsolódó intracelluláris jeleket. Sok, a retrográd jelzéshez kapcsolódó molekula befolyásolja a transzkripciót, vagy közvetlenül köt és transzkripciós faktorként működik . Ezen jelátviteli utak kimenetelei szervezetenként , ingereken vagy stresszenként változnak .

Evolúció

A retrográd jelzés feltehetően a mitokondriumok és a kloroplasztisz endocitózisa után keletkezett milliárd évvel ezelőtt. Az eredetileg fotoszintetikus baktériumoknak hitt mitokondriumok és kloroplasztiszok átvitték DNS -ük egy részét a membránnal védett magba. Így a mitokondriumokhoz vagy kloroplasztiszokhoz szükséges fehérjék egy része a sejtmagban található. Ez a DNS -átvitel továbbá kommunikációs hálózatot is igényelt, hogy megfelelően reagáljon a külső és belső jelekre, és előállítsa a szükséges fehérjéket.

Élesztőben

Az élesztőben felfedezett első retrográd jelátviteli utak az RTG út. Az RTG út fontos szerepet játszik az élesztő metabolikus homeosztázisának fenntartásában. Korlátozott erőforrások mellett a mitokondriumoknak fenn kell tartaniuk a glutamát egyensúlyát a citromsav ciklusban . A mitokondriumokból származó retrográd jelzés elindítja a glutamát prekurzor molekuláinak termelését, hogy megfelelően kiegyensúlyozza az ellátást a mitokondriumokban. A retrográd jelzés a növekedés megállítására is képes, ha problémák merülnek fel. A Saccharomyces cerevisiae , ha a mitokondriumok nem fejlődik megfelelően, ezek növekedése megáll, amíg ezt a kérdést, vagy a sejthalált indukált. Ezek a mechanizmusok létfontosságúak a sejt homeosztázisának fenntartásához és a mitokondriumok megfelelő működésének biztosításához.

A növényekben

A növényekben az egyik legtöbbet tanulmányozott retrográd jelzőmolekula a reaktív oxigénfajok (ROS). Ezekről a vegyületekről, amelyekről korábban úgy gondolták, hogy károsítják a sejtet, azóta felfedezték, hogy jelzőmolekulaként működnek. A reaktív oxigénfajok az aerob légzés melléktermékeként jönnek létre, és a stresszválaszban szerepet játszó génekre hatnak. A stressztől függően a reaktív oxigénfajok a szomszédos sejtekre hatva helyi jelet indíthatnak. Ezzel a környező sejteket "előkészítik", hogy reagáljanak a stresszre, mert a stresszválaszban részt vevő géneket a stressz előtt találják meg. A kloroplasztisz érzékelőként is szolgálhat a kórokozók reakciójára és az aszályra. Ezeknek a feszültségeknek a sejtben történő kimutatása olyan vegyületek képződését idézi elő, amelyek a sejtmagra hatva kórokozórezisztencia géneket vagy aszálytűrést termelnek. 

Az idegtudományban

A retrográd neurotranszmisszió elsődleges célja a kémiai neurotranszmisszió szabályozása . Emiatt a retrográd neurotranszmisszió lehetővé teszi az idegi áramkörök számára, hogy visszacsatoló hurkokat hozzanak létre . Abban az értelemben, hogy a retrográd neurotranszmisszió elsősorban a tipikus, anterográd neurotranszmisszió szabályozását szolgálja, ahelyett, hogy ténylegesen bármilyen információt terjesztene, hasonló az elektromos neurotranszmisszióhoz .

A hagyományos (anterográd) neurotranszmitterekkel ellentétben a retrográd neurotranszmitterek a posztszinaptikus neuronban szintetizálódnak, és a preszinaptikus neuron axon terminálisán található receptorokhoz kötődnek. Ezenkívül a retrográd jelzés egy jelátviteli kaszkádot indít el, amely a preszinaptikus neuronra összpontosít. A retrográd jelzés elindítása után a preszinaptikus neuronban kezdődő akciós potenciál növekszik, ami közvetlenül befolyásolja a posztszinaptikus neuront, növelve a receptorok számát.

Az endokannabinoidok, például az anandamid, mint a nitrogén -monoxid , visszafelé irányuló hírvivőként működnek.

A retrográd jelzésnek is szerepe lehet a hosszú távú potenciálásban (LTP), amely a tanulás és a memória javasolt mechanizmusa, bár ez ellentmondásos.

A retrográd neurotranszmitter formális meghatározása

2009 -ben Regehr et al. javasolt kritériumok a retrográd neurotranszmitterek meghatározásához. Munkájuk szerint a jelzőmolekula akkor tekinthető retrográd neurotranszmitternek, ha megfelel az alábbi feltételek mindegyikének:

  • A retrográd hírvivő szintetizálására és felszabadítására szolgáló megfelelő gépezetet a posztszinaptikus neuronban kell elhelyezni
  • A hírvivő szintézisének és/vagy a posztszinaptikus neuronból való felszabadításának megszakításával meg kell akadályozni a retrográd jelzést
  • A retrográd hírvivő megfelelő célpontjait a preszinaptikus boutonban kell elhelyezni
  • A retrográd hírvivő célpontjainak megzavarása a preszinaptikus boutonokban meg kell szüntetni a retrográd jelzést
  • A preszinaptikus bouton expozíciója a hírvivőnek utánoznia kell a retrográd jelzést, feltéve, hogy a retrográd hírvivő jelenléte elegendő a retrográd jelzéshez
  • Azokban az esetekben, amikor a retrográd hírvivő nem elegendő, a többi tényező és a retrográd jel párosítása utánozza a jelenséget

A retrográd neurotranszmitterek típusai

A legelterjedtebb endogén retrográd neurotranszmitterek a nitrogén -monoxid és a különböző endokannabinoidok , amelyek lipofil ligandumok.

A retrográd neurotranszmitter, a nitrogén -monoxid (NO) egy oldható gáz, amely könnyen diffundálhat a különböző sejtmembránokon. A nitrogén -monoxid szintáz az enzim, amely felelős a NO szintéziséért különböző preszinaptikus sejtekben. Konkrétan a NO -ról ismert, hogy kritikus szerepet játszik az LTP -ben, amely fontos szerepet játszik a hippokampusz memóriájának tárolásában. Ezenkívül az irodalom azt sugallja, hogy a NO intracelluláris hírvivőként működhet az agyban, és hatással lehet a preszinaptikus glutamatergikus és GABAerg szinapszisokra is.

A retrográd jelátvitelt alkalmazva az endokannabinoidok, a retrográd neurotranszmitter egyik típusa aktiválódik, amikor a neuronok preszinaptikus termináljain lévő G-fehérjéhez kapcsolt receptorokhoz kötődnek. Az endokannabinoidok aktiválása bizonyos neurotranszmitterek felszabadulását eredményezi egy neuron gerjesztő és gátló szinapszisainál, ami végül befolyásolja a plaszticitás különböző formáit.

Retrográd jelzés hosszú távú potenciálban

Ami az LTP -t illeti, a retrográd jelzés egy hipotézis, amely leírja, hogy az LTP alapjául szolgáló események hogyan kezdődhetnek a posztszinaptikus neuronban, de továbbterjedhetnek a preszinaptikus neuronba , annak ellenére , hogy a kémiai szinapszison keresztüli normál kommunikáció preszinaptikus és posztszinaptikus irányban történik. Leggyakrabban azok használják, akik azzal érvelnek, hogy a preszinaptikus neuronok jelentősen hozzájárulnak az LTP expressziójához.

Háttér

A hosszú távú erősítés a kémiai szinapszis erősségének tartós növekedése , amely órákról napokra tart. Úgy gondolják, hogy két időben elkülönített eseményen keresztül fordul elő, először az indukcióval , majd az expresszióval . A legtöbb LTP -kutató egyetért abban, hogy az indukció teljesen posztszinaptikus, míg nincs egyetértés abban, hogy az expresszió elsősorban preszinaptikus vagy posztszinaptikus esemény. Egyes kutatók úgy vélik, hogy mind a preszinaptikus, mind a posztszinaptikus mechanizmusok szerepet játszanak az LTP expressziójában.

Ha az LTP -t teljes mértékben posztszinaptikusan indukálnánk és expresszálnánk, nem lenne szükség arra, hogy a posztszinaptikus sejt kommunikáljon a preszinaptikus sejttel az LTP indukcióját követően. A posztszinaptikus indukció és a preszinaptikus expresszió kombinációja azonban megköveteli, hogy az indukciót követően a posztszinaptikus sejtnek kommunikálnia kell a preszinaptikus sejttel. Mivel a normális szinaptikus átvitel preszinaptikus -posztszinaptikus irányban történik, a posztszinaptikus -preszinaptikus kommunikáció a retrográd átvitel egyik formájának tekinthető .

Gépezet

A retrográd jelzéshipotézis azt sugallja, hogy az LTP expresszió korai szakaszában a posztszinaptikus sejt "üzenetet küld" a preszinaptikus sejtnek, hogy értesítse arról, hogy posztszinaptikusan érkezett LTP-indukáló inger. A retrográd jelzés általános hipotézise nem javasol pontos mechanizmust az üzenet küldésére és fogadására. Az egyik mechanizmus az lehet, hogy a posztszinaptikus sejt szintetizál és felszabadít egy retrográd hírvivőt, amikor LTP-indukáló stimulációt kap. A másik az, hogy az ilyen aktiváláskor előre elkészített retrográd hírvivőt bocsát ki. Egy másik mechanizmus az, hogy a szinapszisra kiterjedő fehérjéket megváltoztathatják a posztszinaptikus sejt LTP-indukáló ingerei, és hogy ezeknek a fehérjéknek a konformációjában bekövetkező változások továbbítják ezt az információt a szinapszisban és a preszinaptikus sejtben.

A hírnök személyazonossága

Ezen mechanizmusok közül a retrográd hírvivő hipotézis kapta a legnagyobb figyelmet. A modell hívei között nézeteltérés van a retrográd hírnök kilétével kapcsolatban. A kilencvenes évek elején egy rohamos munka a retrográd hírvivő létezésének bemutatására és azonosságának megállapítására hozta létre a jelöltek listáját, beleértve a szén-monoxidot , a vérlemezke-aktiváló tényezőt , az arachidonsavat és a salétrom-oxidot. A nitrogén -monoxid nagy figyelmet kapott a múltban, de a közelmúltban felváltották a szinaptikus hasadékot átfogó adhéziós fehérjék , hogy csatlakozzanak a preszinaptikus és a posztszinaptikus sejtekhez. Az anandamid és/vagy 2-AG endokannabinoidok , amelyek G-proteinnel kapcsolt kannabinoid receptorokon keresztül hatnak , fontos szerepet játszhatnak az LTP retrográd jelátvitelében.

Hivatkozások