MT2 receptor stimuluje axonogenezi a zvyšuje synaptický přenos aktivací Akt signalizace

Mt2 receptor je hlavní typ G protein-vázaný receptor, který hlavně zprostředkovává účinky melatoninu. Deficity signalizace melatoninu /MT2 byly zjištěny u mnoha neurologických poruch, včetně Alzheimerovy choroby, nejčastější příčiny demence u starších osob, což naznačuje, že zachování receptoru MT2 může být prospěšné pro tyto neurologické poruchy. Přímé důkazy spojující receptor MT2 se synaptickou plasticitou související s poznáním však ještě nebyly stanoveny. Zde uvádíme, že receptor MT2, ale ne receptor MT1, je nezbytný pro axonogenezi jak pro axonogenezi.in vitroazaživa. Zjistili jsme, že tvorba axonů je zpomalená u myší s knockoutem receptoru MT2, elektroporovaných mozkových řezů MT2-shRNA nebo primárních neuronů léčených selektivním antagonistou receptoru MT2. Aktivace receptoru MT2 podporuje axonogenezi, která je spojena se zvýšením excitačního synaptického přenosu v centrálních neuronech. Signalizační složky za MT2 receptorem se skládají z Akt/GSK-3β/CRMP-2 kaskáda. Motiv C-terminálu MT2 receptoru se váže přímo na Akt. Buď inhibice receptoru MT2 nebo narušení vazby na receptor MT2-Akt snižuje axonogenezi a synaptický přenos. Naše data naznačují, že MT2 receptor aktivuje Akt/GSK-3β/CRMP-2 signalizace a je nezbytná a postačující pro zprostředkování funkční axonogeneze a synaptické tvorby v centrálních neuronech.

Synaptické obvody jsou založeny v místech axon-dendritického, axon-somatického nebo axon-axonálního kontaktu, ve kterém je funkční axonogeneze kritickým krokem. Axonogeneze může být regulována mnoha intracelulárními signály, které zahrnují cytoskeletální přeskupení, lokální degradaci proteinů a difuzní bariéry. Navíc bylo prokázáno, že několik extracelulárních neurotrofických faktorů a hormonů hraje roli v axonovém vedení a synaptické tvorbě v centrálních neuronech. K dnešnímu dni zůstává úloha melatoninu a jeho receptorů v axonogenezi nejasná. Většina biologických funkcí melatoninu je zprostředkována jeho dvěma receptory, MT1 a MT2 receptory, oba patří do podčeledi G protein-coupled receptor (GPCR) a jsou široce exprimovány v celém centrálním nervovém systému (CNS). Aktivace receptoru MT2 v reakci na melatonin je rozhodující pro kontrolu cirkadiánních rytmů a regulaci spánku s pomalými vlnami. Rané studie ukázaly, že aktivace receptoru MT2 v sítnici snižuje uvolňování dopaminu, zatímco dopamin inhibuje motilitu růstového kužele a růst neuritu během embryonálního vývoje, což naznačuje zapojení receptoru MT2 do funkční axonogeneze. U mutantních myší s nedostatečnou expresí genu MT2 je narušena indukce dlouhodobé potenciace (LTP) excitačního synaptického přenosu a toto poškození úzce souvisí s deficity v učení. V hipokampu receptor MT2 inhibuje proud zprostředkovaný receptorem GABAA, který se podílí na synaptickém přenosu. U Alzheimerovy choroby je exprese receptoru MT2 významně snížena, zejména v hipokampu. Částečný agonista receptoru MT2, UCM765, vykazuje anxiolytické vlastnosti tím, že zvyšuje čas strávený v otevřené paži zvýšeného testu plus-bludiště a snižuje latenci jídla v novém prostředí v testu potlačeného krmení, což naznačuje jeho roli v úzkosti. Společně tato zjištění naznačují, že receptor MT2 spojuje signální kaskády, které zprostředkovávají učení a tvorbu paměti, jednu z důležitých biologických funkcí melatoninu; buněčné a molekulární události, které jsou základem této vazby, však ještě nebyly stanoveny.

Disociované hipokampální neurony byly běžně používány jako vynikajícíin vitromodel ve studiu vývoje axonů a synaptického přenosu, protože udržují morfologické, funkční a molekulární charakteristiky hipokampálních neuronůzaživa.U disociovaných hipokampálních neuronů zahrnuje přechod na tvorbu axonů a zrání následujících pět fází: neurony stupně 1 (~ 2 až 4 h po pokovování) vykazují hojné lamellipodie a filopodie, které se vyvíjejí do několika nezralých krátkých neuritů ve stadiu 2 (~ 12 až 24 h); polarizace nastává ve stadiu 3 (~ 24 až 48 h), ve kterém jediný neurit iniciuje rychlé prodloužení, aby se stal axonem, zatímco ostatní získávají dendritickou identitu; stupeň 4 (~ 3–4 dny) je charakterizován rychlým růstem axonu a dendritů; a ve stadiu 5 (7 dní dále) je zrání axonů a dendritů nezbytné pro tvorbu funkčních synapsí. V této studii jsme identifikovali novou roli receptoru MT2 ve funkční axonogenezi a ukázali, že aktivace receptoru MT2 je rozhodující pro funkční axonogenezi a synaptický přenos v centrálních neuronech. Pomocí zobrazování fluorescenčního rezonančního přenosu energie (FRET) v kombinaci s testy blokujícími peptidy jsme identifikovali Akt jako interagujícího partnera a substrát receptoru MT2. Aktivace signální kaskády MT2 receptor-Akt podporuje tvorbu funkčních synapsí v hipokampu, zatímco inhibice receptoru MT2 zastavuje axonogenezi a synaptický přenos. Vzhledem k důsledkům receptoru MT2 v učení a paměti navrhujeme, že cílení na signalizaci receptoru MT2-Akt může být proveditelnou strategií pro stimulaci funkčního sestavení synaptického obvodu.

Akumulace RECEPTORU MT2 v polarizovaných axonech

Abychom prozkoumali roli receptorů MT1 a MT2 ve vývoji axonů, nejprve jsme změřili jejich buněčnou lokalizaci v disociovaných hipokampálních neuronech potkanů koimunoterapií receptoru MT1 nebo receptoru MT2 a Tuj1, neuronově specifické třídy IIIβ-tubulin. Zjistili jsme, že receptor MT2 byl rovnoměrně distribuován na všech neuritech s obohacením špičky v neuronech stupně 2, zatímco silný fluorescenční signál byl detekován pouze na polarizovaném hrotu axonu, ale ne v dendritech v neuronech stupně 3. Kvantitativní analýza ukázala, že receptor MT2 byl diferencovaně obohacen na neuritových špičkách neuronů ve stadiu 2, zatímco exkluzivnější obohacení axonového hrotu receptoru MT2 bylo pozorováno ve stadiu 3 neuronů. Receptor MT1 měl podobnou distribuci jako receptor MT2 ve stadiu 2, ale ve stadiu 3 nebyla detekována žádná polarizovaná distribuce receptoru MT1. Specifičnost protilátky proti receptoru MT2 byla ověřena experimentem blokujícím peptidy. Tyto výsledky naznačují, že receptor MT2 může mít potenciální roli v diferenciaci axonů, což je raná fáze vývoje synapsí.