Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПАРАТГОРМОН-РОДСТВЕННЫЙ ПРОТЕИН. 2-е издание переработанное и дополненное

Курзанов А. Н., Ледванов М. Ю., Быков И. М., Медведев В. Л., Стрыгина Е. А., Бизенкова М. Н., Заболотских Н. В., Ковалев Д. В., Стукова Н. Ю.,

6.2. ПТГрП-сопряженные эффекты в головном мозге

Широкое распространение ПТГрП и рецептора PTH1R в головном мозге предполагает, что ПТГрП выполняетет определенные функции в головном мозге и может иметь разные физиологические роли через различные рецепторы (Weaver D.R. et al., 1995). Установлено, что ПТГрП участвует в регуляции церебрального кровотока и оказывает нейропротективный эффект. (Macica C.M., Broadus A.E. et al., 2003). PTH1R, взаимо-
действуя с рецептором, может функционировать аутокринно или паракринно в ЦНС в качестве нейромодулятора, а также может стимулировать пролиферацию нейронных стволовых клеток через интракринный путь. PTH1R участвует в регуляции продукции вазомодуляторов в ЦНС. Продемонстрировано, что PTH1R-(1–34) стимулирует высвобождение аргинин-вазопрессина из изолированного крысиного супраоптического ядра, что приводит к сужению гладких мышц сосудов. Предполагается, что PTH1R может иметь гомеостатическую роль в регулировании
гладкомышечного тонуса кровеносных сосудов в ЦНС [34 Yamamoto S. et al., 1997]. Снижение клеточной пролиферативной способности в нескольких тканях, включая клетки костного мозга, было связано с измененной экспрессией и субклеточным распределением связанных с старением опухолевых супрессорных белков p16, p21 и p27 и онкогенов Cyclin D., pRb и Bmi-1 у мышей с отсутствием ПТГрП-NLS и C-домена (Miao D. et al., 2008). Shankar P.P. et al., (2000) показали, что ПТГрП экспрессируется трансформированными и эмбриональными астроцитами человека и ингибирует пролиферацию клеток. Авторы предположили, что экспрессия ПТГрП может быть маркером дедифференцировки и/или злокачественной трансформации в глиальных клетках. Для проверки этой гипотезы, конститутивную и регулируемую экспрессию ПТГрП исследовали в культивируемых плодных и трансформированных (U-373 MG) человеческих астроцитах. Фактор эпидермального роста и фактор некроза опухоли, важные факторы роста развития астроцитов и злокачественной трансформации, стимулировали экспрессию ПТГрП в обоих типах клеток. Обработка клеток U-373 MG или эмбриональных астроцитов с помощью ПТГрП (1–34) последовательно ингибировала клеточную пролиферацию, измеренную путем включения [(3) H]-тимидина. Эти данные свидетельствуют о том, что ПТГрП, экспрессия которого индуцируется митогенами как у незрелых, так и трансформированных астроцитов человека, может по принципу обратной связи ингибировать клеточную пролиферацию. Это может иметь важное значение во время злокачественной трансформации, а также развития ЦНС. Кроме того, в сочетании с предыдущими доказательствами экспрессии ПТГрП с помощью рецептор-позитивных нейронов, демонстрация экспрессии ПТГрП регулируемой рецептор-положительными астроцитами идентифицирует ПТГрП как потенциальный медиатор перекрестных взаимодействий между глиальными клетками и нейронами. Высокие уровни ПТГрП в глиальных опухолях коррелируют с плохим прогнозом (Pardo F.S. et al., 2004). Роль ПТГрП в урогипофизе, который расположен в каудальном отделе спинного мозга костистых рыб (у хрящевых он отсутствует) была исследована Ingleton P.M. et al. (2002). Каудальная нейросекреторная система камбалы (Platichthys flesus) состоит из крупных нейронов (клеток Дальгрена), расположенных в спинном мозге, и урогипофиза, который является нейрогемальным органом (Арнольд-Reed et al., 1991). Аксоны клеток Дальгрена распространяются по нервным структурам до урогипофиза, где они контактируют с базальными мембранами или клетками плотной капиллярной сети. Нейросекреторные клетки Дальгрена вырабатывают гормон, подобный окситоцину, который участвует в осморегуляции. Кроме того, под влиянием гормона урогипофиза происходит сокращение пузыря рыб. Здесь также найдены вещества, вызывающие изменение артериального давления. Установлено, что каудальная нейросекреторная система камбалы может быть вовлечена в контроль ионов кальция через секрецию ПТГрП и должна быть включена в нервные ткани центральной нервной системы, производящие кальцитропные факторы (Hull et al., 1998). В недавнем исследовании, проведенном в Шанхайском университете совместно с исследователями университета Манчестера (Lu W. et al., 1917), были получены данные о молекулярных характеристиках и экспрессия ПТГрП в каудальной нейросекреторной системе эвригалиновой камбалы Platichthys flesus, которые позволили рассматривать эту систему в качестве одного из основных источников ПТГрП у рыб. Урогипофизэктомия подтвердила вероятный вклад каудальной нейросекреторной системе в циркуляцию ПТГрП. Кроме того основными сайтами экспрессии ПТГрП у камбалы являются также кости и мочевой пузырь. Полученные данные рассматриваются как подтверждение консервативной эволюционной роли ПТГрП в эндокринной регуляции кальция у рыб. Интересно, что астроциты и глиальные клетки млекопитающих содержат ПТГрП (Chattopadhyay et al., 2000) и, кроме того, клеточные процессы астроцитов группируются вокруг капилляров и, по-видимому, участвуют в обмене веществ между капилляром и астроцитом. Эта функция, похоже, подобна функции клеток Дальгрена в каудальной нейросекреторной системе рыб. Астроциты центральной нервной системы млекопитающих считаются поддерживающими клетками и не имеют нейротрансмиттерной функции. Колокализация ПТГрП и кальций-чувствительного рецептора, предполагает, что синтез и/или секреция ПТГрП клетками Дальгрена могут частично контролироваться ионами кальция, как это происходит в астроцитах млекопитающих (Chattopadhyay et al., 2000). Gu Z. et al., (2012) исследовалили роль последовательности ядерной локализаци (NLS) и C-домена ПТГрП в развитии и функционировании мозга. Исследование функциональной роли последовательности ядерной локализации ПТГрП in vivo, проводили с использованием мышей, которые экспрессируют ПТГрП (1–84). В этой усеченной форме ПТГрП, отсутствуют NLS и C-терминальная области, но сохранена способность взаимодействовать с рецептором клеточной поверхности (Miao D. et al., 2008). Результаты показали, что отсутствие последовательности ядерной локализации ПТГрП и С-концевного домена приводит к аномальному развитию мозга и нарушению его функций. Плотность клеток гиппокампа была значительно снижена у мышей экспрессирующих ПТГрП (1–84) по сравнению с мышами без дефицита NLS и C-терминального домена. Кроме того, у мышей с отсутствием NLS и C-терминального домена были выявлены более короткая цельнозернистая рострокаудальная ось, но большая дорзально-вентральная ось, меньшая обонятельная луковица, резко уменьшенная толщина лобной коры головного мозга и атрофия мозжечка. Эти результаты показали, что отсутствие в структуре ПТГрП последовательности ядерной локализации NLS и C-концевого фрагмента приводит к аномалиям формирования структур и нарушению функций головного мозга. Отсутствие ПТГрП-пептида ядерной локализации и C-до-
мена увеличивало апоптоз нервных клеток и повышало уровни экспрессии CDKI в гиппокампе, вызывало ингибирование пролиферации нейронных стволовых клеток и индукцию апоптоза нервных клеток путем ингибирования экспрессии CDKI опосредованной через понижающую регуляцию экспрессии онкогена Bmi-1. Дефицит ПТГрП-NLS и C-фрагмента приводит к задержке дифференцировки нейронных стволовых клеток в нейроны, астроциты и олигодендроциты и нарушеннию синаптической передачи в гиппокампе и пластичности. Это предполагет, что NLS и C-домены ПТГрП могут усилить дифференцировку нейронных стволовых клеток в нейроны, астроглиальные клетки и олигодендроциты. Также обнаружено, что снижение пролиферации нейронных стволовых клеток/клеток-предшественников связано с повышением регуляции p16, p21, p27 и p53. Это свидетельствует о том, что ПТГрП-NLS может стимулировать пролиферацию и дифференцировку нейронных стволовых клеток и ингибировать апоптоз нервных клеток путем регуляции ингибиторов циклинзависимой киназы (CDKI), включая p16, p21, p27 и p53. Также экспериментальные данные in vivo демонстрируют, что NLS и C-домен ПТГрП имеют важное значение для развития мозга, и для поддержания нормальной нейрональной синаптической передачи и пластичности нейронов (Gu Z. et al., 2012). ПТГрП защищает нейроны от индуцируемой глутаматом эксцитотоксичности в клетках мозжечковых гранул. Эта форма эксцитотоксичности возникает в результате активации зависимых от напряжения кальциевых каналов глутаматными рецепторами класса каината. Активация зависимых от напряжения кальциевых каналов заметно увеличивает экспрессию ПТГрП (Holt E.H. et al., 1996], который, в свою очередь, ингибирует проникновение кальция и способствует выживанию нейронов. ПТГрП локализуется в паравентрикулярных (PVN) и супраоптических ядрах (SON), популяции нейронов, которые синтезируют аргининвазопрессин (AVP) (Weaver D.R. et al., 1995; Yamamoto S. et al., 2002). Аксональные проекции от PVN и SON заканчиваются в заднем гипофизе, где AVP высвобождается в ответ на изменения осмоляльности и объема плазмы, что свидетельствует о причастности ПТГрП к нейроэндокринной осморегуляции. В ответ на эти изменения AVP стимулирует реабсорбцию почками воды и оказывает вазоконстрикторное действие. Центральное введение ПТГрП приводит к секреции и экспрессии AVP из PVN и SON (Yamamoto S. et al., 1997). Экспрессия AVP и ПТГрП также взаимно регулируется в диссоциированных культурах нейронов SON. ПТГрП (1–34) индуцировал высвобождении аргинин- вазопрессина из супраоптического ядра крысы (SON) зависимым от концентрации образом. Ни ПТГрП (7–34), ни ПТГ (1–34) не влияли на высвобождение AVP из ядер гипоталамуса. ПТГрП (1–34)-индуцированное высвобождение AVP было блокировано большим избытком ПТГрП (7–34) и H89, ингибитором cAMP-зависимой протеинкиназы (A-киназы), но не ПТГ (1–34) или ПТГ (13–34). ПТГрП (1–34), но не ПТГ (1–34), также дозозависимо увеличивали уровни цАМФ в клетках супраоптических ядер (Yamamoto S. et al., 2002). ПТГрП стимулирует внутриклеточное накопление цАМФ в нейронных клетках SON и секрецию AVP в зависимости от протеин-киназы А. Однако неспособность ПТГ (1–34) оказывать какое-либо влияние на секрецию AVP предполагает, что ПТГрП действует через новый подтип рецептора аденилатциклазы в нейронных клетках SON. Напротив, ПТГрП-индуцированная стимуляция секреции AVP является протеинкиназа C-зависимой и опосредуется с помощью AVP-рецептора 1-го типа (V1a и V1b), которые соединяются с сигналами фосфолипазы и образованием 1,4,5-трифосфата инозитола и диацилглицерина (Yamamoto S. et al., 2002). Предполагается, что ПТГрП (1–34) индуцирует высвобождение вазопрессина из супраоптического ядра крысы in vitro через рецептор, отличающийся от рецептора PTH1R или PTH2R (Yamamoto S. et al., 1997).