Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Неапоптотическая роль каспазы-3 в мозге
ВАК РФ 03.00.02, Биофизика
Автореферат диссертации по теме "Неапоптотическая роль каспазы-3 в мозге"
на правах рукописи
УДК 577.15.156
Яковлев Александр Александрович НЕАПОПТОТИЧЕСКАЯ РОЛЬ КАСПАЗЫ-3 В МОЗГЕ
03.00.02-биофизика
автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Москва 2004
Работа выполнена в лаборатории функциональной биохимии нервной системы Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН и на кафедре физики живых систем МФТИ Научный руководитель: Доктор биологических наук, профессор Наталия Валерьевна Гуляева
Официальные оппоненты:
Доктор физико-математических наук, профессор Гурия Георгий Теодорович, Гематологический научный центр РАМН (г. Москва)
Доктор биологических наук
Мелькумянц Артур Маркович, Российский кардиологический научно-производственный комплекс (г. Москва) Ведущая организация:
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН (г. Пущино)
Защита состоится Има/та. 200^"г. в^час.ЯЛшн. на заседании диссертационного совета К 212.156.03 при Московском физико-техническом институте (141700, Московская обл., г. Долгопрудный, Институтский пер. 9, МФТИ).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МФТИ.
Автореферат разослан Ученый секретарь диссертационного совет
Актуальность проблемы
Выяснение механизмов запрограммированной клеточной гибели -апоптоза - является одной из самых актуальных задач современной биологии. Понимание механизмов клеточной смерти должно обеспечить прорыв в лечении целого ряда тяжелых заболеваний, среди которых нейродегенеративные болезни и рак. Пристальное внимание ученых приковано к каскадам внутриклеточных биохимических реакций, запускаемых при апоптозе. Идентифицировано семейство протеаз, активирующихся при апоптозе и выполняющих ряд функций по инициации и реализации апоптотической программы (Earnshaw et al., 1999). Во многих случаях показано, что реализация программы клеточной гибели сопровождается активацией этих протеаз, названных каспазами, и, наоборот, активация каспаз приводит, как правило, к апоптозу (Thornberry, Lazebnik, 1998; Yuan, Yankner, 2000; Troy, Salvesen, 2002). Каспазы принято разделять на две группы - инициаторные, передающие сигнал к запуску апоптоза, и эффекторные, непосредственно разрушающие внутриклеточные белки (Hengartner, 2000).
Особенно важным является правильное выполнение апоптотической программы в головном мозге. Апоптоз необходим для правильного установления нейрональных связей при формировании мозга, а избыточный апоптоз, как принято считать, лежит в основе нейродегенеративных заболеваний. Каспаза-3 является основным эффектором внутриклеточной апоптотической программы в клетках головного мозга (Salvesen, 2002; Troy, Salvesen, 2002). Ишемическое повреждение или травма мозга вызывают активацию каспазы-3 (Namura, 1998; Clark et al., 1999). Мутация гена каспазы-3 приводит к смерти животного либо в эмбриогенезе, либо в раннем постнатальном онтогенезе (Kuida et al., 1996). Таким образом, общепринято представление о том, что каспаза-3 - основной «палач» клетки. .,
">с НАЦИОНАЛЬНАЯ симяотекА
С1 4»
Однако в последнее время в различных лабораториях появляются свидетельства того, что каспаза-3 может выполнять ряд важных неапоптотических функций. В частности, в нейронах каспаза-3 принимает участие в нейропротекции при ишемическом прекондиционировании (McLaughlin et al., 2003). Каспаза-3 быстро активируется в ограниченных внутриклеточных компартментах при формировании конусов роста клеток сетчатки и необходима для установления правильных нейрональных связей (Campbell, Holt, 2003). Каспаза-3 расщепляет GluRl субъединицу глутаматного рецептора, сокращая таким способом кальциевый ток в клетку (Chan et al., 1999; Meyer et al., 2002). И, на первый взгляд неожиданно, ингибирование каспазы-3 блокирует долговременную потенциацию на срезах гиппокампа (Gulyaeva et al., 2003). Таким образом, процессы, в которых каспаза-3 принимает участие, могут иметь непосредственное отношение к феноменам нейропластичности.
Итак, можно предположить, что каспаза-3 не только необходима для реализации большинства сценариев апоптоза в головном мозге, но и принципиально важна для реализации важнейших неапоптотических процессов, без которых невозможно выживание и функционирование нейрона. Выявление «дополнительных» (с точки зрения сегодняшних представлений) функций основного апоптотического фермента головного мозга позволит лучше понять природу многих заболеваний, биохимическую основу формирования нервных цепей в онтогенезе, возможно, способствовать новым подходам к проблемам рака. Кроме того, выявление и неапоптотических, и апоптотических функций одновременно у одного фермента позволит лучше понять механизмы регуляции ферментативной активности, принципы «включения» и «выключения» ферментов, идентифицировать основных участников внутриклеточных каскадов, опосредующих и апоптоз, и нейропластичность. Иными словами,
продемонстрировать плейотропность каспазы-3 и понять адаптивные преимущества такой плейотропности для клетки и целого организма.
Цель работы и основные задачи исследования
Основной целью работы было исследование активности каспазы-3 в различных отделах головного мозга животных в ситуациях, не связанных с апоптозом. Для этого были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать активность каспазы-3 на разных стадиях гибернационного цикла сусликов.
2. Исследовать активность каспазы-3 в раннем постнатальном онтогенезе крыс в норме и после электроболевого стресса.
3. Исследовать активность каспазы-3 у крыс разных линий, различающихся по психофизиологическим характеристикам.
4. Исследовать активность каспазы-3 у крыс с экспериментальным неврозом.
5. Исследовать активность каспазы-3 при моделировании нейродегенерации у крыс в результате центрального введения р-амилоидного пептида и фактора некроза опухоли а.
6. Исследовать активность каспазы-3 при дифференцировке нейроноподобных клеток в культуре под действием различных агентов.
Научная новизна
В работе впервые проведено систематическое исследование неапоптотической функции каспазы-3 в головном мозге и показана плейотропность функций данного фермента. Сформулировано представление об участии каспазы-3 в реализации нейропластичности.
Впервые показано, что активность каспазы-3 изменяется в некоторых отделах мозга сусликов на разных стадиях гибернационного цикла. Установлены различия активности каспазы-3 в отделах мозга крыс, различающихся по психофизиологическому статусу.
Продемонстрированы изменения активности каспазы-3 в гиппокампе крыс в период раннего постнатального онтогенеза, когда не происходит значимой апоптотической гибели нейронов, однако осуществляются перестройки синаптической пластичности.
Впервые показано, что экспериментальный невроз сопровождается снижением активности каспазы-3 в разных отделах мозга. На модели болезни Альцгеймера показано, что каспаза-3 играет двойственную роль, участвуя в реализации как апоптотической, так и нейропротекторной программ.
Впервые продемонстрировано, что каспаза-3 активируется при сАМР-зависимом сценарии дифференцировки нейроноподобных клеток.
Теоретическая и практическая ценность
В работе выявлена важная, но до сих пор не исследованная, неапоптотическая функция каспазы-3 в мозге. Установление плейотропности каспазы-3 (один и тот же фермент работает и при клеточной гибели, и при реализации неапоптотических программ) способствует пониманию общих, фундаментальных процессов, лежащих в основе апоптоза и нейропластичности. Результаты нашей работы подтверждают, что активность протеолитических ферментов в клетке тонко регулируется, и это позволяет каспазе-3, в зависимости от природы субстрата и локализации фермента и определенного субстрата, участвовать в разных, функционально важных для нейрона, процессах.
Полученные результаты и сделанные выводы имеют, наряду с фундаментальным, потенциально важное практическое значение. В связи с обнаружением апоптотической гибели клеток при нейродегенеративных заболеваниях ряд исследователей предлагает блокирование активности каспаз в мозге как перспективный подход к лечению. Из полученных нами данных и концепции о роли каспазы-3 в нейропластичности следует, что ингибирование ферментов семейства каспаз в мозге потенциально опасно
не может быть перспективным подходом к лечению нейродегенерации, поскольку неминуемо приведет к нарушению важнейших функций мозга.
Положения, выносимые на защиту
Каспаза-3 в мозге является плейотропным ферментом. Наряду с участием в апоптотической гибели, каспаза-3 вовлечена в процессы структурной и функциональной адаптации головного мозга к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды (нейропластичности) и в механизмы дифференцировки нервных клеток.
Апробация работы
Основные результаты работы были доложены (и опубликованы тезисы) на XLIII, XLIV и XLV научных конференциях Московского физико-технического института (Долгопрудный, 2000, 2001, 2002), XVIII съезде физиологического общества имени И. П. Павлова (Казань, 2001), международной конференции «Free Radicals and Antioxidants in the Development and Functions of the Central Nervous System: From Fetus to Aging» (Санкт-Петербург, 2001), конференции центральноевропейских стран по нейробиологии (Краков, Польша, 2001), совместной 18-й конференции международного нейрохимического общества и 32-й конференции американского нейрохимического общества (Буэнос-Айрес, Аргентина, 2001), 31-й конференции нейробиологического общества (Сан-Диего, США, 2001), 3-м европейском форуме по нейронаукам (Париж, Франция, 2002), 11-й конференции "New Frontiers of Neurochemistry and Neurophysics on Diagnosis and Treatment of Neurological Diseases" (Мартин, Словакия, 2003).
Объем и структура диссертации
Диссертация содержит следующие основные разделы: введение, обзор данных литературы, главы результатов собственных исследований и их обсуждение, заключение, выводы и библиографический указатель, включающий работы на русском (13) и иностранных (312) языках.
Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста и содержит 2 таблицы и 11 рисунков.
Методы исследования
Отбор образцов ткани мозга, подготовку образцов и определение активности каспазы-3 проводили по разработанным нами методикам (Яковлев с соавт., 2002). Активность каспазы-3 определяли флюориметрическим методом по расщеплению флюорогенного субстрата Ac-DEVD-AMC (длины волн возбуждения и эмиссии 380 нм и 440 нм соответственно), оптимальные условия подбирали экспериментально. Активность рассчитывали по разности скоростей накопления свободного АМС в пробе, содержащей и не содержащей специфический ингибитор каспазы-3 Ac-DEVD-CHO, и выражали в пмоль/мин/мг белка.
Зависимость активности каспазы-3 от стадии гибернационного цикла исследовали на взрослых сусликах CiteUus undulatus обоего пола массой 280-400 г (п=51, животные предоставлены Т.П.Семеновой, ИБК РАН, Пущино). Эксперименты по исследованию роли каспазы-3 у животных, различающихся психофизиологическим статусом, проведены на крысах-самцах инбредных линий Fischeг-344/N (п=5) и WAG/G (п=7) массой 250300 г. Исследования динамики активности каспазы-3 в раннем постнатальном онтогенезе проведены на крысах линии Wistaг обоего пола в возрасте с 13-го по 28-й постнатальный день (ПД13-ПД28), а также на взрослых животных в возрасте 36-40 дней (п=128). Одной группе крысят в возрасте ПД13 предъявляли короткий электроболевой стресс. Эксперименты по исследованию активности каспазы-3 у животных в состоянии экспериментального невроза (Айрапетянц, Вейн, 1982) проведены на крысах-самцах линии Wistaг массой 250-300 г (п=48; животные предоставлены И.П.Левшиной). Изучение активности каспазы-3 в мозге животных после введения ^-амилоидного пептида (рА(25-35), 3 нмоль в гиппокамп) и фактора некроза опухоли а (ФНОа, 0.5 мкг, в
желудочки) было проведено на 32 самцах крыс линии Wistar массой 230290 г. Нейробластому В103 для исследования получали из ИТЭБ РАН (И.П.Белецкий). Для индукции дифференцировки использовали форсколин (10 мг/мл) или форбол-12-миристат, 13-ацетат (РМА, 10 нг/мл).
Статистическую обработку и анализ результатов проводили при помощи пакета программ «Statistica for Windows». Использовали адекватные поставленным задачам параметрические и непараметрические тесты. Данные представлены в виде M±SEM.
Результаты исследования и их обсуждение
1. Изменение активности каспазы-3 в течение гибернационного цикла у якутских сусликов Citellus undulatus
На модели сезонного изменения нейропластичности - гибернации у
сусликов - была исследована динамика изменения активности каспазы-3 в
коре больших полушарий, гиппокампе, стволе и мозжечке. Из данных,
представленных на рис. 1, видно, что переход из одной фазы
гибернационного цикла в другую сопровождался существенными, регион-
Рис. 1. Активность каспазы-3 (пмоль/мин/мг белка) в отделах мозга сусликов Citellus undulatus на разных стадиях гибернационного цикла.
Стадии гибернационного цикла: 1 - период активности, 2 - вхождение в спячку, 3 - спячка, 4 -между баутами, 5 -пробуждение. Отделы
мозга: А - ствол, Б -мозжечок, В - кора больших полушарий, Г -гиппокамп. Отличия от группы активных животных: * - р<0.05, ** - р<0.005, # -р<0.1 (тест Стьюдента).
8360082
специфическими изменениями активности фермента. В наибольшей степени различия активности каспазы-3 на разных стадиях гибернационного цикла были выражены в стволе мозга, где активность фермента при вхождении в спячку и между баутами была достоверно выше, чем в активный период. В мозжечке в период спячки активность каспазы-3 была достоверно выше, чем в период активности, а в коре больших полушарий обнаружена тенденция к увеличению активности по мере развития гибернационного состояния.
Поскольку нам не удалось выявить апоптотических ядер в нейронах при морфологическом и иммуногистохимическом исследовании мозга суслика в разных фазах гибернационного цикла, можно полагать, что изменение активности каспазы-3 в стволе и мозжечке связано с изменением активности мозга у сусликов на разных стадиях гибернационного цикла, но не с апоптозом.
2. Изменение активности каспазы-3 в период раннего
постнатального онтогенеза
В этой части работы проведена экспериментальная проверка гипотезы о вовлечении каспазы-3 в синаптическую пластичность. На рис. 2 представлены зависимости амплитуды популяционного спайка (электрофизиологические исследования проведены И.Е. и И.В. Кудряшовыми) и активности каспазы-3 в гиппокампе от возраста животных в период раннего постнатального онтогенеза. Динамика амплитуды популяционного спайка у контрольных крыс представляет собой кривую со статистически достоверным максимумом на ПД19 (КиёгуазЬэу й а1., 2001). Электроболевой стресс устраняет этот пик нейронной активности. После стресса амплитуда популяционного спайка была достоверно выше контрольной на ПД14-ПД16 и на ПД22-ПД27. Зависимость активности каспазы-3 от возраста у контрольных крыс представляет собой кривую с максимумом на ПД20. Активность каспазы-3
в гиппокампе после электроболевого стресса достоверно снижалась по отношению к контролю в течение периода ПД18-ПД21. Таким образом, у контрольных животных вслед за пиком нейронной активности на ПД19 следует пик активности каспазы-3 на ПД20. По данным литературы, в этот период постнатального онтогенеза не происходит усиления апоптоза, однако происходит интенсивный синаптогенез. Мы полагаем, что в норме каспаза-3 участвует в формировании нейронной сети в период раннего постнатального онтогенеза. Электроболевой стресс изменяет нейронную активность и снижает активность каспазы-3. Эти данные свидетельствуют
о вовлечении каспазы-3 в синаптическую пластичность.
14 15 1$ 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 < 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 ■ Лостнатальный день Постиатальный день
Рис. 2. Изменение амплитуды популяционного спайка и активности каспазы-3 в гиппокампе крыс в раннем постнатальном онтогенезе.
А - эффект электроболевого стресса на постнатальное развитие амплитуды популяционного спайка в поле СА1 гипокампа. Незакрашенные кружки - амплитуда популяционного спайка каждой крысы после электроболевого стресса. Черные кружки и белые квадраты -усредненная величина амплитуды после электроболевого стресса и контрольных животных, соответственно. Штриховая линия - уровень дисперсии амплитуды популяционного спайка в контрольной группе.
Б - постнатальные изменения активности каспазы-3 в гиппокампе животных контрольной группы и группы животных после электроболевого стресса. Черные и белые кружки - усредненная величина активности каспазы-3 после электроболевого стресса и у контрольных животных, соответственно.
3. Активность каспазы-3 в отделах мозга инбредных линий крыс Fischer-344/N и WAG/G
Для того, чтобы проверить гипотезу о вовлечении каспазы-3 в нейропластичность на поведенческом уровне, определяли активность фермента у крыс двух инбредных линий, отличающихся уровнем тревожности. Во всех исследованных структурах мозга активность каспазы-3 у крыс более тревожной линии F-344/N была ниже, чем у крыс линии WAG/G. Высокодостоверное различие между этими линиями обнаружено в стволе мозга, менее выраженные (на уровне тенденции) различия - в коре больших полушарий. В норме апоптоз в нейронах зрелых животных отсутствует или идет очень слабо. Выявленное нами различие базальных уровней активности каспазы-3 у двух линий крыс, различных по психофизиологическому статусу, может быть связано с участием каспазы-3 в модуляции функционального состояния нейронов, в частности, состояния системы глутаматергической синаптической
Рис. 3. Активность каспазы-3 (пмоль/мин/мг белка) в отделах мозга крыс двух инбредных линий.
Различия между животными разных линий: ** при р<0.005, * при р«Ы0.
Межрегионарные различия у крыс линии F-344/N: + при р<0.05, ++ при р<0.01 от значений в коре больших полушарий (тест Маина-Уитни).
4. Влияние экспериментального невроза на активность каспазы-3 в отделах мозга крыс
Активность каспазы-3 в отделах мозга контрольных и невротизированных крыс представлена на рис. 4. В результате экспериментального невроза во всех исследованных отделах мозга
трансмиссии в мозге.
происходит снижение активности каспазы-3. Так, в коре больших полушарий и гиппокампе невротизированных крыс активность фермента достоверно ниже активности в соответствующих областях мозга контрольных животных. В мозжечке невротизированных крыс активность каспазы-3 ниже, чем в контрольной группе (различие достоверно на уровне тенденции). Мы полагаем, что в этой экспериментальной ситуации
■■■ Контроль 16 1=3 Невроз ,
I—I
Рис. 4. Влияние экспериментального невроза на активность каспазы-3 (пмоль/мин/мг белка) в отделах мозга крыс.
Отличия от группы
контрольных животных: * - р<0.05, # -р=0,1 (тест Манна-Уитни).
Кора Мозжечок Гиплокаип
каспаза-3 не столько участвует в механизмах клеточной гибели, сколько опосредует процессы нарушения нейропластичности. Иными словами, обнаруженное нами снижение активности каспазы-3 в различных отделах мозга крыс после невротизации может отражать структурно-функциональные перестройки клеток нервной системы у невротизированных животных, для которых характерно снижение способности к адаптивным, нейропластическим изменениям. Предполагаемым механизмом вовлечения каспазы-3 в нейропластичность может быть ограниченный протеолиз этим ферментом внутриклеточных белков, участвующих в феноменах синаптической пластичности (Гуляева, 2003).
5. Влияние введения цитотоксического фрагмента р-амилоидного пептида и фактора некроза опухоли а на активность каспазы-3 в отделах мозга крыс
Мэттсон с соавт. (1997) показал, что ФНОа защищает нейроны гиппокампа от вызванных РА(25-35) окислительного стресса и апоптоза.
I
Мы предположили, что механизмом этой защиты может быть модуляция активности каспазы-3. В связи с этим задачей нашего эксперимента было измерение активности каспазы-3 в гиппокампе и коре больших полушарий после введения в гиппокамп крыс РА(25-35) и ФНОа. В результате проведенного патоморфологического анализа было установлено, что введение ФНОа не вызывало изменений гиппокампальных нейронов. Введение РА(25-35) приводили к значительной нейродегенерации, которая была еще более выражена в группе крыс, которым вводили А(25-35) и ФНОа. При помощи иммуногистохимического метода (TUNEL) в латеральной ветви зубчатой фасции были обнаружены немногочисленные апоптотические клетки в группах, которым вводили А(25-35) или А(25-35)+ФНОа. При этом различий в числе апоптотических клеток между этими группами не наблюдали. Активация каспазы-3 была отмечена только в гиппокампе ипсилатерального полушария мозга группы животных, которым вводили А(25-35) (рис. 5). Введение ФНОа предотвращало вызванное А(25-35) повышение активности каспазы-3 в гиппокампе (группа РА(25-35)+ФНОа).
Рис. 5. Влияние Р-амилоидного пептида и фактора некроза опухоли а на активность каспазы-3 в гиппокампе.
* - достоверные отличия группы А(25-35) от остальных групп при р<0.05.
Светлые столбики контралатеральное полушарие, темные столбики
ипсилатеральное полушарие.
Важнейшим результатом данного эксперимента представляется активация каспазы-3 в гиппокампе после введения РА(25-35) и ее предотвращение в случае одновременного введения ФНОа. Активация
каспазы-3 после введения 0А(25-35) может быть связана с нейродегенерацией, а ее предотвращение - результатом нейропротекторных свойств ФНОв. Цитокин ФНОв является плейотропным соединением, которое в определенных ситуациях опосредует или предотвращает нейродегенерацию (Loddick, Rothwell, 1999; Szelenyi, 2001). Плейотропные свойства ФНОа опосредована: двумя различными типами рецепторов (Wajant, Scheurich, 2001), осуществляющими трансдукцию сигнала в клетку разными путями. В зависимости от степени экспрессии или доступности этих рецепторов, реализуется трофический или токсический эффект ФНОв. Можно предположить, что активация каспазы-3 при введении 0А(25-35) связана с выявленными недавно нейропротекторными свойствами фермента в мозге (McLaughlin et al., 2003). В этом случае осуществляемое ФНОв предотвращение активации каспазы-3 амилоидным пептидом может быть одной из причин усиления повреждения нейронов при совместном введении этих факторов.
6. Активность каспазы-3 в культуре клеток после индукции
дифференцировки
В настоящее время есть основания полагать, что каспазе-3 принадлежит важная роль в дифференцировке и экспрессии нейронального фенотипа. Такая гипотеза возникает по аналогии, исходя из известных данных об участии этого фермента в дифференцировке клеток различных типов: остеобластов (Mogi, Togari, 2003), клеток спермы (Агата et al., 2003), клеток скелетных мышц (Fernando et al., 2002), эритроидных клеток (Kolbus et al., 2002; Carlile et al., 2004). В нашей работе проведено исследование возможного вовлечения каспазы-3 в дифференцировку клеток крысиной нейробластомы В103. При этом исследовали процесс дифференцировки двумя различными агентами, форсколином и форболовым эфиром (РМА), которые активируют различные сигнальные
каскады в клетках. Активность каспазы-3 после индукции дифферснцировки клеток крысиной нейробластомы В103 форсколином и РМА представлена на рис. 6. Активность фермента через 24 ч после индукции дифференцировки форсколином составила 227±59%, а через 48 ч 266±34% от контроля (последнее значение достоверно выше контрольного уровня). Другой индуктор дифференцировки, РМА, не приводил к изменению активности каспазы-3.
350
300 | 250 ■
200 '**;.
-г
150
50 .
0 Контроль Форсколин РМА Форсколин РМА 24ч 24ч «ч 48ч
Исходя из наших результатов, можно предположить, что каспаза-3 является участником опосредующего дифференцировку внутриклеточного ферментативного каскада, не приводящего клетку к гибели и активируемого форсколином, но не РМА. Мы полагаем, что ограниченный протеолиз, осуществляемый каспазой-3, принимает непосредственное участие в регуляции активности целого ряда протеинкиназ и протеинфосфатаз при дифференцировке, регулируя экспрессию генов (Гуляева, 2003). Таким образом, мы впервые продемонстрировали потенциальную вовлеченность в сАМР-зависимую дифференцировку механизмов, которые активируют каспазу-3, не приводя клетку к гибели.
Заключение
Апоптотическая и неапоптотическая роли каспазы-3. Изучение апоптотической клеточной гибели приковывает внимание многих
Рис. 6. Активность каспазы-3 (в процентах от контроля) в клетках нейробластомы В103 при индукции дифференцировки двумя различными агентами.
* - р<0.05 по сравнению с контролем (ANOVA для зависимых величин, непараметрический) .
исследователей, начиная с 1972 года, когда этот феномен был морфологически охарактеризован (Kerr et al., 1972). Число статей, посвященных апоптозу, до сих пор растет почти в геометрической прогрессии. Основным биохимическим маркером апоптоза продолжают считать активацию ферментов семейства каспаз (несмотря на выявление путей каспаза-независимого апоптоза в различных типах клеток). Часто активацию каспазы однозначно интерпретируют как апоптотический признак. Действительно, каспаза-3 наиболее часто активируется при апоптозе, что позволяет считать этот фермент важнейшим исполнителем клеточной смерти. Однако исследования последних пяти лет показывают, что функция каспазы-3 неоднозначна. Мы рассматриваем каспазу-3 как плейотропный фермент, необходимый не только для гибели, но и для нормальной жизнедеятельности клетки, а катализируемые каспазой-3 реакции - как необходимые для поддержания клеточного гомеостаза.
Свидетельство того, что каспазы, и каспаза-3, в частности, - не только убийцы (Los et al., 2001), содержится в целом ряде публикаций последних лет. Каспаза-3 расщепляет ингибитор циклин-зависимой киназы в лейкемических клетках человека (Eymin et al., 1999), причем образующиеся при протеолизе фрагменты этого белка имеют антиапоптотическую функцию. Ингибитор циклин-зависимой киназы ингибирует образование ее комплекса с циклином, регулируя, тем самым, переход клетки из фазы G1 в фазу S клеточного цикла (Polyak et al., 1994). Таким образом, каспаза-3 может выполнять в определенных ситуациях антиапоптотическую функцию и даже регулировать клеточный цикл.
Капаза-3 играет важную роль в процессинге цитокинов. Синтезируемый клеткой в виде неактивной проформы интерлейкин-16, который выполняет важную роль в межклеточной сигнализации лимфоцитов, расщепляется и приобретает активную конформацию в результате ограниченного протеолиза, осуществляемого каспазой-3 (Zhang
ct al., 1998). Как было указано выше (раздел 6), важные факты о неапоптотической функции каспазы-3 получены при изучении дифференцировки на нескольких видах клеток. В этих работах подчеркивается сходство механизмов дифференцировки и апоптоза в клетках различного происхождения.
Данные, полученные разными группами исследователей, позволяют сделать несколько важных выводов. Во-первых, активация каспазы-3 не всегда приводит к апоптозу. Во-вторых, каспаза-3 принципиально для важнейших внутриклеточных событий, не связанных с апоптозом. В данной работе мы впервые предприняли попытку продемонстрировать неапоптотическую роль каспазы-3 в нервной системе и уточнить специфику участия фермента в функционировании мозга.
Неапоптотическая роль каспазы-3 в нервной системе. Показано, что каспаза-3 вовлечена в механизм ишемической толерантности мозга (McLaughlin et al., 2003). Так, каспаза-3 активируется во многих клетках при эпизоде кратковременной ишемии, не приводя клетки к гибели. Ингибитор каспазы-3 снимает защиту от экзайтотоксичности прекондиционированием. Таким образом, каспаза-3 в мозге является важным эффектором нейропротекторного пути. Оказалось, что подвижность нейрональных конусов роста регулируется с помощью некоторых компонентов апоптотического каскада (Gilman, Mattson, 2002). Ферменты семейства каспаз могут активироваться локально в синапсах и нейрональных отростках. Каспаза-3 локализована в норме практически во всех компартментах нейрональной клетки (Shimohama et al., 2001 а), тогда как апоптоз - процесс, обязательно захватывающий ядро, и для него важна активность каспазы-3 в перикарии нейронов. Очень важным подтверждением неапоптотической функции каспазы-3 в нейронах послужили данные о блокировании длительной потенциации в срезах гиппокампа при ингибировании каспазы-3 (Gulyaeva et al., 2003).
В данной работе была проведена проверка гипотезы о том, что, что каспаза-3 может принимать участие в процессах нсйропластичности, уникального свойства головного мозга.
Роль каспазы-3 в нейропластичности. Под нейропластичностыо понимают способность нейронов адаптивно изменять свою функцию и структуру под действием изменений внутренней или внешней среды. Нейропластичность проявляется на всех уровнях живого организма. На молекулярном уровне нейроны способны к долговременным изменениям синтеза внутриклеточных белков. Синапсы претерпевают активные изменения при изменении функции нейронов и мозга в целом (синаптическая пластичность). Нейронные цепи могут по-разному включаться в реализацию тех или иных процессов. Мозг в целом способен к обучению и памяти, высшим проявлениям нейропластичности.
В данной работе показано, что каспаза-3 принимает участие в нейропластичности. Это продемонстрировано как на уровне целого мозга, так и на уровне клетки и синаптической пластичности. Сезонное изменение активности головного мозга при спячке - уникальная природная модель нейропластичности. Нами показано, что активность каспазы-3 изменяется при переходе между стадиями гибернационного цикла у сусликов. Выявленная нами связь активности каспазы-3 и стадии гибернационного цикла позволяет предполагать вовлечение этого фермента в регуляцию сезонного изменения активности разных отделов головного мозга, в частности, протеолитической перестройке структур при гибернации. Нами также показано, что активность каспазы-3 различна у животных с разным уровнем тревожности, а различный уровень тревожности, в свою очередь, является следствием различной активности определенных нейромедиаторных систем головного мозга. Этот факт позволяет связать активность каспазы-3 с функционированием специфической системы взаимодействующих нейромедиаторных систем,
определяющих проявления эмоциональности, в частности, тревожность. На модели патологически измененной нейропластичности при экспериментальном неврозе, нами показано выраженное изменение активности каспазы-3 в некоторых отделах мозга. При этом «сужение» нейропластических возможностей мозга при неврозе сопровождается снижением активности каспазы-3 в специфических областях. Это означает, что некоторые изменения функции мозга при неврозе могут быть связаны с недостаточной активностью каспазы-3. Перечисленные примеры позволяют предполагать участие каспазы-3 в процессах нейропластичности на уровне поведения животного.
Модели нейропатологий, в частности, упомянутый выше экспериментальный невроз и модель болезни Альцгеймера, использованная в данной работе, являются также и моделями измененной нейропластичности. На модели болезни Альцгеймера нами показано, что каспаза-3 выполняет не только свою «прямую» функцию по реализации апоптотической программы в клетках мозга, но и служит одним из компонентов нейропротекторного пути.
Основой нейропластичности является синаптическая пластичность, заключающаяся в перестройках синапсов и изменении силы синаптической связи. Примером синаптической пластичности является изменение силы синаптической связи при формировании нейрональных сетей в мозге в период раннего постнатального онтогенеза. Нами показано, что активность каспазы-3 изменяется в период установления синаптических контактов в гиппокампе в раннем постнатальном онтогенезе. Таким образом, каспаза-3 принимает участие в реализации нейропластичности на уровне формирования синаптической связи.
Наши данные об участии каспазы-3 в сАМР-зависимой дифференцировке позволяют предположить участие фермента в реализации нейропластичности и на клеточном уровне. Каспаза-3
активируется в ситуации, когда клетка претерпевает значительные структурные и функциональные перестройки, отвечающие за ее созревание. Таким образом, формирование функциональной нервной клетки само по себе может зависеть от активности каспазы-3. Результаты нашего эксперимента по индукции дифференцировки на нейроноподобных клетках формируют одну из «точек роста» проведенного исследования. Поскольку каспаза-3 активируется не при всех сценариях дифференцировки, можно предположить наличие совершенно определенного молекулярного механизма, а исследование различных механизмов дифференцировки позволит выявить субстраты каспазы-3, вовлеченные в этот процесс.
Молекулярные основы вовлечения каспазы-3 в нейропластичность заслуживают тщательного исследования. Единственной реакцией, катализируемой каспазой-3, является протеолиз белков, из чего следует, что основным подходом к поиску молекулярных механизмов участия каспазы-3 в нейропластичности является идентификация субстратов этого фермента в разных ситуациях. В обзорах (Chan, Mattson, 1999; Гуляева, 2003) приведены различные субстраты каспазы-3, потенциально вовлеченные в нейропластичность. Принципиально важным нам представляется выявление конкретных субстратов каспазы-3 при различных видах нейропластичности.
К настоящему времени неясно, почему активация каспазы-3 в некоторых ситуациях может приводить клетку к гибели, а в других принципиально изменять свойства клетки, обеспечивая выживание отдельных клеток и организма в целом, не вызывая при этом апоптоз. Важной для каспазы-3 может являться внутриклеточная локализация самого фермента или его субстрата. В этом смысле результат активации фермента в ядре нейрона может отличаться от его активации в нейрональных отростках. Еще одним возможным способом регуляции
активности каспазы-3 в разных ситуациях может являться наличие в клетке ингибиторов фермента, «выключающих» его активность по принципу обратной связи. И, хотя потенциально каспаза-3 может расщеплять более 30 тысяч белков человека (Eaгnshaw et я1., 1999), понятно, что далеко не все они будут подвергаться протеолизу, так как активность каспазы-3 в клетке тщательно регулируется. Таким образом, идентификация механизмов, в которых принимает участие каспаза-3, может привести к пониманию того, как клетка регулирует принципиально важные для своей жизнедеятельности процессы пластичности и гибели.
Ранее протеазы рассматривали как класс очень неспецифических ферментов. Преобладало мнение, что, будучи активированной однажды, протеаза выполняет свою функцию до конца, не оставляя после себя «недоеденных» белков. Протеазы рассматривались как «белки-убийцы». Сейчас точка зрения постепенно изменяется, так как становиться ясно, что якобы неспецифическая активность тем не менее очень тонко регулируется в клеточных компартментах. Ясно, что ограниченный протеолиз является компонентом трансдукции различных сигналов, а протеолитический фермент не выходит из-под контроля регуляторных механизмов. Внутриклеточные механизмы включают в себя компоненты и «включающие», и «выключающие» работу каждой протеазы.
Мы считаем, что полученные в работе результаты свидетельствуют о том, что за кажущимся разнообразием субстратов каспазы-3 скрывается очень точная регуляция активности этого фермента. Более того, расщепление каспазой-3 определенных белков не только не приводит клетку к гибели, но и изменяет свойства самой клетки так, что это способствует адаптации организма в целом к изменяющимся условиям внутренней и внешней среды.
Работа поддержана грантом РФФИ 02-04-06407мас и грантом Минобразования РФАОЗ-2.12-234.
Выводы
1. Активность каспазы-3 в стволе головного мозга сусликов на стадиях вхождения в спячку и между баутами спячки гибернационного цикла достоверно выше, чем у бодрствующих животных. Повышение активности фермента не сопровождается апоптотической гибелью клеток мозга.
2. Каспаза-3 активируется в период с 19-го по 23-й дни постнатального онтогенеза в гиппокампе крыс, причем этой активации предшествует период усиления нейронной активности в гиппокампе. Электроболевой стресс, примененный на 13-й постнатальный день, снижает степень активации каспазы-3 и изменяет динамику нейронной активности.
3. Экспериментальный невроз приводит к генерализованному снижению активности каспазы-3 в мозге крыс; в различных отделах активность снижена на 14-20% в сравнении с соответствующими значениями у контрольных животных.
4. Назальный уровень активности каспазы-3 в отделах головного мозга крыс с повышенным уровнем тревожности (линия Fischer-344/N) значительно снижен (в зависимости от исследованного отдела мозга в 3.04.6 раза по сравнению с животными линии WAG/G).
5. Центральное введение фактора некроза опухоли а предотвращает вызванную введением в гиппокамп р-амилоидного пептида активацию каспазы-3 в гиппокампе крыс.
6. После индукции дифференцировки в клетках нейробластомы В103 форсколином, но не форболовым эфиром происходит активация кзспазы-3.
7. Каспаза-3 в мозге является плейотропным ферментом, который, наряду с участием в механизмах апоптоза, вовлечен в механизмы реализации феноменов нейропластичности.
i-22 47.
Список опубликованных статей по теме дисссрчацнн
1. Яковлев Л.Л., Семенова Т.Н., Коласва С.Г., Онуфриев М.В., Михалев СЛ., Гуляева II.В. Изменение активности каслазы-3 в отделах мозга сусликов Citellus undulatus в течение гибернационного цикла// Нсйрохимия. 2002. Т. 19. N21. С. 33-36.
2. Здобнова И.М., Степаничсв М.Ю., Яковлев А.А., Онуфриев М.В., Егорова Л.К., Моисеева Ю.В., Лазарева Н.А., Мац В.Н., Гуляева Н.В. Взаимодействие ненротокснческого фрагмента бета-амилоидного пептида и фактора некроза опухоли альфа при ннтрацсрсбрапьном введении крысам // Нсйрохимия. 2002. Т. 19. № 2. С. 117-122.
3. Kudryashov 1., Yakovlev A., Kudryashova I., Gulyaeva N. Footshock stress alters early postnatal development of electrophysiological responses and caspase-3 activity in rat hippocampus //Neuroscience Letters. 2002. V. 332. N 2. P. 95-98.
4. Stepanichev M., Zdobnova I., Yakovlev A., Onufriev M., Lazareva N., Zarubenko I., Gulyaeva N. Effects of tumor necrosis factor-alpha central administration on hippocampal damage in rat induced by amyloid beta-peptide (25-35)//Journal of Neuroscience Research. 2003. V. 71. N 1. PI 10-120.
5. Яковлев A.A., Перегуд Д.И., Егорова Л.К., Панченко Л.Ф., Гуляева Н.В. Активность каспазы-3 в отделах мозга крыс линий Fischer-344/N и WAG/G // Нейрохимия. 2003. Т. 20. Ks 4. С. 265-268.
6. Кудряшов И.Е., Яковлев А.А., Кудряшова И.В., Гуляева Н.В. Ингибирование каспазы-3 блокирует длительную потенциацию в срезах гиппокампа // Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова, 2003. Т. 53. № 5. С. 537-540.
7. Перегуд Д.И., Яковлев А.А., Онуфриев М.В., Пирожков С.В., Панченко Л.Ф., Гуляева Н.В. Показатели метаболизма оксида азота коррелируют с активностью каспазы-3 в мозге крыс линий Fischer-344/N и Wistar // Нейрохимия. 2004. Т. № 2. С. 115-120.
Яковлев Александр Александрович НЕАПОПТОТИЧЕСКАЯ РОЛЬ КАСПАЗЫ-З В МОЗГЕ
Подписано а печт 30 1204 Формат 60 м 14'^«.Печать офсетная Уел лет я 1,0 Уч • 1Ш. д 1,0 Тираж 70 мэ За к*! Ж ф-
Государстаеиное обршоваттное учрежоеннс высшего профессионального образования Московский фтикотехиичсспй институт (государственный университет) Отдел автоыатимрооаниик систем "Ф ИЭТЕХ ■ ПОДИ ГТ Лф" 141700, Моек оба. г ЛрагапрудныК. Институтский пер, 9
Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Яковлев, Александр Александрович
Список сокращений.
ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. ОБЗОР ДАННЫХ ЛИТЕРАТУРЫ.
1.1. Феномен апоптоза.
1.2. Роль каспаз в механизмах апоптотической клеточной гибели.
1.3. Роль каспазы-3 в нормальном развитии и функционировании мозга и при нейродегенеративных заболеваниях.
1.4. Неапоптотическая роль каспазы-3.
1.5. Неапоптотическая роль каспазы-3 в нервной системе.
1.6. Предполагаемые механизмы участия каспазы-3 в нейропластичности.
1.6.1. Калпаин - протеиназа, регулируемая каспазой-3.
1.6.2. Каспаза-3 регулирует функции рецепторов.
1.6.3. Компоненты трансдукции сигнала - субстраты каспазы
1.6.4. Белки цитоскелета - субстраты каспазы-3.
1.6.5. Другие субстраты каспазы-3, участвующие в нейропластичности.
1.6.6. Каспаза-3 в протеолитическом каскаде, вовлеченном в нейропластичность.
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.
2.1. Материалы.
2.2. Методы.
2.2.1. Подготовка биологических образцов.
2.2.2. Определение активности каспазы-3.
2.2.3. Поиск оптимальных условий определения активности каспазы-3 в мозге.
2.2.4. Определение концентрации белка.
2.2.5. Исследование активности каспазы-3 у сусликов в разные стадии гибернационного цикла.
2.2.6. Эксперимент по определению активности каспазы-3 в отделах мозга крыс двух инбредных линий - Fischer-344/N и WAG/G
2.2.7. Динамика изменения активности каспазы-3 в период раннего постнатального онтогенеза.
2.2.8. Влияние экспериментального невроза на активность каспазы-3 в отделах мозга крыс.
2.2.9. Активность каспазы-3 в культурах клеток крысиной нейробластомы В103.
2.2.10. Влияние цитотоксического фрагмента Р-амилоидного пептида и фактора некроза опухоли а на активность каспазы-3 в отделах мозга крыс.
2.2.11. Статистическая обработка и анализ результатов.
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
3.1.1. Изменение активности каспазы-3 в течение гибернационного цикла у якутских сусликов Citellus undulatus.
3.1.2. Обсуждение результатов.
3.2.1. Изменение активности каспазы-3 в период раннего постнатального онтогенеза.
3.2.2. Обсуждение результатов.
3.3.1. Активность каспазы-3 в отделах мозга инбредных линий крыс Fischer-344/N и WAG/G.
3.3.2. Обсуждение результатов.
3.4.1. Влияние экспериментального невроза на активность каспазы-3 в отделах мозга крыс.
3.4.2. Обсуждение результатов.
3.5.1. Активность каспазы-3 после введения цитотоксического фрагмента Р-амилоидного пептида и фактора некроза опухоли а в отделах мозга крыс.
3.5.2. Обсуждение результатов.
3.6.1. Активность каспазы-3 в культуре клеток после индукции дифференцировки.
3.6.2. Обсуждение результатов.
Введение Диссертация по биологии, на тему "Неапоптотическая роль каспазы-3 в мозге"
Актуальность проблемы
Выяснение механизмов запрограммированной клеточной гибели -апоптоза - является одной из самых актуальных задач современной биологии. Понимание механизмов клеточной смерти должно обеспечить прорыв в лечении целого ряда тяжелых заболеваний, среди которых нейродегенеративные болезни и рак. Пристальное внимание ученых приковано к каскадам внутриклеточных биохимических реакций, запускаемых при апоптозе. Идентифицировано семейство протеаз, активирующихся при апоптозе и выполняющих ряд функций по инициации и реализации апоптотической программы (Earnshaw et al., 1999). Во многих случаях показано, что реализация программы клеточной гибели сопровождается активацией этих протеаз, названных каспазами, и, наоборот, активация каспаз приводит, как правило, к апоптозу (Thornberry, Lazebnik, 1998; Yuan, Yankner, 2000; Troy, Salvesen, 2002). Каспазы принято разделять на две группы - инициаторные, передающие сигнал к запуску апоптоза, и эффекторные, непосредственно разрушающие внутриклеточные белки (Hengartner, 2000).
Особенно важным является правильное выполнение апоптотической программы в головном мозге. Апоптоз необходим для правильного установления нейрональных связей при формировании мозга, а избыточный апоптоз, как принято считать, лежит в основе нейродегенеративных заболеваний. Каспаза-3 является основным эффектором внутриклеточной апоптотической программы в клетках головного мозга (Salvesen, 2002; Troy, Salvesen, 2002). Ишемическое повреждение или травма мозга вызывают активацию каспазы-3 (Namura, 1998; Clark et al., 1999). Мутация гена каспазы-3 приводит к смерти животного либо в эмбриогенезе, либо в раннем постнатальном онтогенезе
Kuida et al., 1996). Таким образом, общепринято представление о том, что каспаза-3 - основной «палач» клетки.
Однако в последнее время в различных лабораториях появляются свидетельства того, что каспаза-3 может выполнять ряд важных неапоптотических функций. В частности, в нейронах каспаза-3 принимает участие в нейропротекции при ишемическом прекондиционировании (McLaughlin et al., 2003). Каспаза-3 быстро активируется в ограниченных внутриклеточных компартментах при формировании конусов роста клеток сетчатки и необходима для установления правильных нейрональных связей (Campbell, Holt, 2003). Каспаза-3 расщепляет GluRl субъединицу глутаматного рецептора, сокращая таким способом кальциевый ток в клетку (Chan et al., 1999; Meyer et al., 2002). И, на первый взгляд неожиданно, ингибирование каспазы-3 блокирует долговременную потенциацию на срезах гиппокампа (Gulyaeva et al., 2003). Таким образом, процессы, в которых каспаза-3 принимает участие, могут иметь непосредственное отношение к феноменам нейропластичности.
Итак, можно предположить, что каспаза-3 не только необходима для реализации большинства сценариев апоптоза в головном мозге, но и принципиально важна для реализации важнейших неапоптотических процессов, без которых невозможно выживание и функционирование нейрона. Выявление «дополнительных» (с точки зрения сегодняшних представлений) функций основного апоптотического фермента головного мозга позволит лучше понять природу многих заболеваний, биохимическую основу формирования нервных цепей в онтогенезе, возможно, способствовать новым подходам к проблемам рака. Кроме того, выявление и неапоптотических, и апоптотических функций одновременно у одного фермента поможет лучше понять механизмы регуляции ферментативной активности, принципы «включения» и «выключения» ферментов, идентифицировать основных участников внутриклеточных каскадов, опосредующих апоптоз и нейропластичность одновременно. Иными словами, продемонстрировать плейотропность каспазы-3 и понять адаптивные преимущества такой плейотропности для клетки и целого организма. Исследование роли каспазы-3 в нейропластических процессах позволит лучше понять основные принципы деятельности головного мозга.
Цель работы и основные задачи исследования
Основной целью работы было исследование активности каспазы-3 в различных отделах головного мозга животных в ситуациях, не связанных с апоптозом. Для этого были поставлены следующие задачи:
1. Исследовать активность каспазы-3 на разных стадиях гибернационного цикла сусликов.
2. Исследовать активность каспазы-3 в раннем постнатальном онтогенезе крыс в норме и после электроболевого стресса.
3. Исследовать активность каспазы-3 у крыс разных линий, различающихся по психофизиологическим характеристикам.
4. Исследовать активность каспазы-3 у крыс с экспериментальным неврозом.
5. Исследовать активность каспазы-3 при моделировании нейродегенерации у крыс в результате центрального введения амилоидного пептида и фактора некроза опухоли а.
6. Исследовать активность каспазы-3 при дифференцировке нейроноподобных клеток в культуре под действием различных агентов.
Научная новизна
В работе впервые проведено систематическое исследование неапоптотической функции каспазы-3 в головном мозге и показана плейотропность функций данного фермента. Сформулировано представление об участии каспазы-3 в реализации нейропластичности.
Впервые показано, что активность каспазы-3 изменяется в некоторых отделах мозга сусликов на разных стадиях гибернационного цикла. Установлены различия активности каспазы-3 в отделах мозга крыс, различающихся по психофизиологическому статусу.
Продемонстрированы изменения активности каспазы-3 в гиппокампе крыс в период раннего постнатального онтогенеза, когда не происходит значимой апоптотической гибели нейронов, однако осуществляются перестройки синаптической пластичности.
Впервые показано, что экспериментальный невроз сопровождается снижением активности каспазы-3 в разных отделах мозга. На модели болезни Альцгеймера показано, что каспаза-3 играет двойственную роль и участвует в реализации как апоптотической, так и нейропротекторной программ.
Впервые продемонстрировано, что каспаза-3 активируется при сАМР-зависимом сценарии дифференцировки нейроноподобных клеток.
Теоретическая и практическая ценность
В работе выявлена важная, но до сих пор не исследованная, неапоптотическая функция каспазы-3 в мозге. Установление плейотропности каспазы-3 (один и тот же фермент работает и при клеточной гибели, и при реализации неапоптотических программ) способствует пониманию общих, фундаментальных процессов, лежащих в основе апоптоза и нейропластичности. Результаты нашей работы подтверждают, что активность протеолитических ферментов в клетке тонко регулируется, и это позволяет каспазе-3, в зависимости от природы субстрата и локализации фермента и определенного субстрата, участвовать в разных, функционально важных для нейрона, процессах.
Полученные результаты и сделанные выводы имеют, наряду с фундаментальным, потенциально важное практическое значение. В связи с обнаружением апоптотической гибели клеток при нейродегенеративных заболеваниях ряд исследователей предлагает блокирование активности каспаз в мозге как перспективный подход к лечению. Из полученных нами данных и концепции о роли каспазы-3 в нейропластичности следует, что ингибирование ферментов семейства каспаз в мозге потенциально опасно не может быть перспективным подходом к лечению нейродегенерации, поскольку неминуемо приведет к нарушению важнейших функций мозга.
Положения, выносимые на защиту
Каспаза-3 в мозге является плейотропным ферментом. Наряду с участием в апоптотической гибели, каспаза-3 вовлечена в процессы структурной и функциональной адаптации головного мозга к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды (нейропластичности) и в механизмы дифференцировки нервных клеток.
Апробация работы
Основные результаты работы были доложены (и опубликованы тезисы) на XLIII, XLIV и XLV научных конференциях Московского физико-технического института (Долгопрудный, 2000, 2001, 2002), XVIII съезде физиологического общества имени И. П. Павлова (Казань, 2001), международной конференции «Free radicals and antioxidants in the development and functions of the central nervous system: from fetus to aging» (Санкт-Петербург, 2001), конференции центральноевропейских стран по нейробиологии (Краков, Польша, 2001), совместной 18-ой конференции международного нейрохимического общества и 32-ой конференции американского нейрохимического общества (Буэнос-Айрес, Аргентина, 2001), 31-ой конференции нейробиологического общества (Сан-Диего,
США, 2001), 3-ем европейском форуме по нейронаукам (Париж, Франция, 2002), 11-ой конференции "New Frontiers of Neurochemistry and Neurophysics on Diagnosis and Treatment of Neurological Diseases" (Мартин, Словакия, 2003). Л л
Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Яковлев, Александр Александрович
выводы
1. Активность каспазы-3 в стволе головного мозга сусликов на стадиях вхождения в спячку и между баутами спячки гибернационного цикла достоверно выше, чем у бодрствующих животных. Повышение активности фермента не сопровождается апоптотической гибелью клеток мозга.
2. Каспаза-3 активируется в период с 19-го по 23-й дни постнатального онтогенеза в гиппокампе крыс, причем этой активации предшествует период усиления нейронной активности в гиппокампе. Электроболевой стресс, примененный на 13-й постнатальный день, снижает степень активации каспазы-3 и изменяет динамику нейронной активности.
3. У крыс с экспериментальным неврозом активность каспазы-3 снижена по сравнению с контролем в коре больших полушарий (0.9±0.1 и 1.1±0.1 пмоль/мин/мг белка), гиппокампе (1.2±0.1 и 1.4±0.1 пмоль/мин/мг белка) и мозжечке (0.8±0.1 и 1.0±0.1 пмоль/мин/мг белка соотвественно).
4. Базальный уровень активности каспазы-3 в отделах головного мозга крыс с повышенным уровнем тревожности линии Fischer-344/N значительно ниже по сравнению с животными линии WAG/G (в 3.0-4.6 раза, в зависимости от исследованного отдела).
5. Центральное введение фактора некроза опухоли а предотвращает вызванную введением в гиппокамп Р-амилоидного пептида активацию каспазы-3 в гиппокампе крыс.
6. После индукции дифференцировки в клетках нейробластомы В103 форсколином, но не форболовым эфиром происходит активация каспазы-3.
7. Каспаза-3 в мозге является плейотропным ферментом, который, наряду с участием в механизмах апоптоза, вовлечен в механизмы реализации феноменов нейропластичности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Апоптотическая и неапоптотическая роль каспазы-3
Изучение апоптотической клеточной гибели приковывает внимание многих исследователей начиная с 1972 года, когда этот феномен был морфологически охарактеризован (Kerr et al., 1972). Число статей, посвященных апоптозу, до сих пор растет почти в геометрической прогрессии, причем их число составляет более 2% от общего числа статей в области биологии, а два научных журнала полностью посвящены теме запрограммированной клеточной смерти (Melino, 2002). Основным биохимическим маркером апоптоза до сих пор считают активацию ферментов семейства каспаз (несмотря на выявление путей каспаза-независимого апоптоза в различных типах клеток). Часто активацию каспазы однозначно интерпретируют как апоптотический признак. Каспаза-3 является наиболее часто активируется при апоптозе, что возволяет считать этот фермент важнейшим исполнителем клеточной смерти. Однако исследования последних пяти лет показывают, что функция каспазы-3 неоднозначна. В настоящее время мы рассматриваем каспазу-3 как плейотропный фермент, необходимый не только для гибели, но и для нормальной жизнедеятельности клетки, а катализируемые каспазой-3 реакции - как необходимые для поддержания клеточного гомеостаза.
Свидетельство того, что каспазы, и каспаза-3, в частности, - не только убийцы (Los et al., 2001), содержится в целом ряде публикаций последних лет. Каспаза-3 расщепляет ингибитор циклин-зависимой киназы в лейкемических клетках человека (Eymin et al., 1999), причем образующиеся при протеолизе фрагменты этого белка имеют антиапоптотическую функцию, а экспрессия в клетках резистентного к протеолизу мутантного белка делает клетки более чувствительными к гибели. Этот ингибитор циклин-зависимой киназы ингибирует образование комплекса этой киназы с циклином, регулируя, тем самым, переход клетки из фазы Gi в фазу S клеточного цикла и играя ключевую роль в аресте клеточного цикла при воздействии на клетку антимитотических агентов (Polyak et al., 1994). Таким образом, каспаза-3 может выполнять в определенных ситуациях антиапоптотическую функцию и даже регулировать клеточный цикл.
Капаза-3 играет важную роль в процессинге цитокинов. Синтезируемый клеткой в виде неактивной проформы интерлейкин-16 расщепляется и приобретает активную конформацию в результате ограниченного протеолиза, осуществляемого каспазой-3 (Zhang et al., 1998). Этот цитокин выполняет важную роль в межклеточной сигнализации лимфоцитов. Таким образом, каспаза-3 важна для межклеточной сигнализации, и, следовательно, активация этого фермента не говорит о том, что клетка приближается к гибели. Важные факты о неапоптотической функции каспазы-3 получены при изучении дифференцировки на нескольких видах клеток. Так, каспаза-3 важна для дифференцировки миобластов (Fernando et al., 2002). Показано, что при ингибировании или генетическом удалении каспазы-3 в диффференцирующихся миобластах снижается экспрессия ряда тканеспецифических белков, а число образующихся при дифференцировке специфических микрофиламентов и микротрубочек значительно меньше. В этой же серии экспериментов идентифицирована протеинкиназа, которая активируется каспазой-3 при дифференцировке. Дифференцировка остеобластов также зависит от активности каспазы-3 (Mogi, Togari, 2003). Этот процесс сопровождается увеличением активности нескольких ферментов семейства каспаз, в том числе каспазы-3 без увеличения числа гибнущих клеток. В приведенных выше экспериментах исследователи подчеркивают сходство механизмов дифференцировки и апоптоза в клетках различного происхождения. Таким образом, активность каспазы-3 важна для дифференцировки клеток разных линий.
Приведенные здесь и некоторые обсуждавшиеся выше эксперименты (см. раздел 1.4) позволяют сделать несколько важных выводов. Во-первых, активация каспазы-3 не всегда приводит к апоптозу. Во-вторых, каспаза-3 важна для важнейших внутриклеточных событий, не связанных с апоптозом, хотя положение каспазы-3 в различных внутриклеточных механизмах до конца не изучено. В данной работе мы предприняли попытку продемонстрировать неапоптотическую роль каспазы-3 в нервной системе и уточнить специфику участия фермента в функционировании мозга.
Неапоптотическая роль каспазы-3 в нервной системе
Исследование головного мозга и процессов, специфических для нейронов, затруднено целым рядом объективных факторов. Головной мозг - уникальное образование, слаженно работающий ансамбль очень большого числа клеток разных типов, составляющих многочисленные специфические структуры и специфически реагирующих на события в организме и вне его. Сложность при изучении мозга представляет также уникальность многих внутриклеточных процессов, взаимодействие множества вне- и внутриклеточных сигналов. До сих пор не удалось точно идентифицировать многие внутриклеточные биохимические каскады реакций, участвующие в процессах научения, памяти, уникальной адаптации нейронов к изменениям внешней среды. Тем более сложно выявление всех функций фермента, активация которого очень часто приводит клетку к гибели. Однако, существует ряд подходов к изучению неапоптотической функции каспазы-3 в нервной системе, и некоторым исследователям удалось приблизиться к выявлению этой функции.
Показано, что каспаза-3 вовлечена в механизм выработки толерантности ткани мозга к ишемии (McLaughlin et al., 2003). Так, каспаза-3 активируется во многих клетках при эпизоде кратковременной ишемии, не приводя клетки к гибели. Ингибитор каспазы-3 снимает защиту от экзайтотоксичности прекондиционированием. Таким образом, каспаза-3 в мозге является важным эффектором нейропротекторного пути.
Оказалось, что подвижность нейрональных конусов роста регулируется с помощью некоторых компонентов апоптотического каскада (Gilman, Mattson, 2002). Ферменты семейства каспаз могут активироваться локально в синапсах и нейрональных отростках. Каспаза-3 локализована в норме практически во всех компартментах нейрональной клетки (Shimohama et al., 2001а), тогда как апоптоз - процесс, обязательно захватывающий ядро, и для него важна активность каспазы-3 в перикарии нейронов. Очень важным подтверждением неапоптотической функции каспазы-3 в нейронах послужило изучение ДП на срезах гиппокампа при ингибировании каспазы-3 с помощью пептидного ингибитора (Gulyaeva et al., 2003). Через 3,5 часа после введения ингибитора каспазы-3 в клетки ДП была полностью заблокирована. Можно предположить, что каспаза-3 играет пока до конца не исследованную роль в клетках головного мозга.
В данной работе была проведена проверка гипотезы о том, что, что каспаза-3 может принимать участие в процессах нейропластичности, уникального свойства головного мозга,
Роль каспазы-3 в нейропластичности
Под нейропластичностью понимают способность нейронов адаптивно изменять свою функцию и структуру под действием изменений внутренней или внешней среды. Нейропластичность проявляется на всех уровнях живого организма. На молекулярном уровне нейроны способны к долговременным изменениям синтеза внутриклеточных белков. Синапсы претерпевают активные изменения при изменении функции нейронов и мозга в целом (еинаптическая пластичность). Нейронные цепи могут по-разному включаться в реализацию тех или иных процессов. Мозг в целом способен к обучению и памяти, высшим проявлениям нейропластичности.
Основное предположение, выдвинутое в данной работе, - каспаза-3 принимает участие в нейропластичности. Это продемонстрировано как на уровне целого мозга, так и на уровне клетки и синаптической пластчности. Следует отметить, что, подтвердив вовлеченность каспазы-3 в реализацию феноменов нейропластичности, мы на данном этапе не вскрыли конкретные молекулярные механизмы этого участия (это - задача будущих исследований), однако постарались их обсудить на основании данных наиболее современных исслндований.
Сезонное изменение активности головного мозга при спячке -уникальная природная модель нейропластичности. Нами показано, что активность каспазы-3 изменяется при переходе между стадиями гибернационного цикла у сусликов. Выявленная нами связь активности каспазы-3 и стадии гибернационного цикла позволяет предполагать вовлечение этого фермента в регуляцию сезонного изменения активности разных отделов головного мозга, в частности, протеолитической перестройке структур при гибернации. Нами также показано, что активность каспазы-3 различна у животных с разным уровнем тревожности, а различный уровень тревожности, в свою очередь, является следствием различной активности определенных нейромедиаторных систем головного мозга. Этот факт позволяет связать активность каспазы-3 с функционированием специфической системы взаимодействующих нейромедиаторных систем, определяющих проявления эмоциональности, в частности, тревожность. На модели патологически измененной, нейропластичности при экспериментальном неврозе, нами показано выраженное в некоторых отделах мозга изменение активности каспазы-3.
При этом «сужение» нейропластических возможностей мозга при неврозе сопровождается снижением активности каспазы-3 в специфических областях. Это означает, что некоторые изменения функций мозга при неврозе могут быть связаны с недостаточной активностью каспазы-3. Перечисленные примеры позволяют предполагать участие каспазы-3 в процессах нейропластичности на уровне поведения животного.
Модели нейропатологий, в частности, упомянутый выше экспериментальный невроз и модель болезни Альцгеймера, использованная в данной работе, являются также и моделями измененной нейропластичности. На модели болезни Альцгеймера нами показано, что каспаза-3 выполняет не только свою «прямую» функцию по реализации апоптотической программы в клетках мозга, но и служит одним из компонентов нейропротекторного пути.
Основой нейропластичности является синаптическая пластичность, заключающаяся в перестройках синапсов и изменении силы синаптической связи. Примером синаптической пластичности является изменение силы синаптической связи при формировании нейрональных сетей в мозге в период раннего постнатального онтогенеза. Нами показано, что активность каспазы-3 изменяется в период установления синаптических контактов в гиппокампе в раннем постнатальном онтогенезе. Таким образом, каспаза-3 принимает участие в реализации нейропластичности на уровне формирования синаптической связи.
Наши данные об участии каспазы-3 в сАМР-зависимой дифференцировке позволяют предположить участие фермента в реализации нейропластичности и на клеточном уровне. Каспаза-3 активируется в ситуации, когда клетка претерпевает значительные структурные и функциональные перестройки, отвечающие за созревание клетки. Таким образом, формирование функциональной нервной клетки само по себе может зависеть от активности каспазы-3. Результаты нашего эксперимента по индукции дифференцировки на нейроноподобных клетках формируют одну из «точек роста» проведенного исследования. Поскольку каспаза-3 активируется не при всех сценариях дифференцировки, можно предположить наличие совершенно определенного молекулярного механизма, а исследование различных механизмов дифференцировки позволит выявить субстраты каспазы-3, вовлеченные в этот процесс. Важно также, что ряд результатов, полученных нами in vitro, может быть экстраполирован на ситуацию in vivo.
Молекулярные основы вовлечения каспазы-3 в нейропластичность заслуживают тщательного исследования. Единственной реакцией, катализируемой каспазой-3, является протеолиз белков, из чего следует, что основным подходом к поиску молекулярных механизмов участия каспазы-3 в нейропластичности является идентификация субстратов этого фермента в разных ситуациях. В разделе 1.6 мы перечисляли различные субстраты каспазы-3, вовлеченные в нейропластичность. Принципиально важным нам кажется выявление субстратов каспазы-3 при различных видах нейропластичности.
К настоящему времени неясно, почему активация каспазы-3 в некоторых ситуациях может приводить клетку к гибели, а в других принципиально изменять свойства клетки, обеспечивая выживание отдельных клеток и организма в целом, не вызывая при этом апоптоз. Важной для каспазы-3 может являться внутриклеточная локализация самого фермента или его субстрата. В этом смысле результат активации фермента в ядре нейрона может отличаться от его активации в нейрональных отростках. Еще одним возможным способом регуляции активности каспазы-3 в разных ситуациях может являться наличие в клетке ингибиторов фермента, «выключающих» его активность по принципу обратной связи. И, хотя потенциально каспаза-3 может расщеплять более
30 тысяч белков человека (Earnshaw et al., 1999), понятно, что далеко не все они будут подвергаться протеолизу, так как активность каспазы-3 в клетке тщательно регулируется. Таким образом, идентификация механизмов, в которых принимает участие каспаза-3, может привести к пониманию того, как клетка регулирует принципиально важные для своей жизнедеятельности процессы пластичности и гибели.
Ранее протеазы рассматривали как класс очень неспецифических ферментов. Преобладало мнение, что, будучи активированной однажды, протеаза выполняет свою функцию до конца, не оставляя после себя «недоеденных» белков. Протеазы рассматривались как «белки-убийцы». Сейчас точка зрения постепенно изменяется, так как становиться ясно, что якобы неспецифическая активность тем не менее очень тонко регулируется в клеточных компартментах. Ясно, что ограниченный протеолиз является компонентом трансдукции различных сигналов, а протеолитический фермент не выходит из-под контроля регуляторных механизмов. Внутриклеточные механизмы включают в себя компоненты и «включающие», и «выключающие» работу каждой протеазы.
Мы считаем, что полученные в нашей работе результаты свидетельствуют о том, что за кажущимся разнообразием субстратов каспазы-3 скрывается очень точная регуляция активности этого фермента. Более того, расщепление каспазой-3 определенных белков не только не приводит клетку к гибели, но и изменяет свойства самой клетки так, что это способствует адаптации организма в целом к изменяющимся условиям внутренней и внешней среды.
Библиография Диссертация по биологии, кандидата физико-математических наук, Яковлев, Александр Александрович, Москва
1. Александровская М.М., Кольцова А.В. Морфологические изменения в сенсомоторной коре при экспериментальном неврозе. Журн. Высш. Нерв. Деят. 1978. Т. 28. N 3. С. 529-537.
2. Александровская М.М., Кольцова А.В. Структурные и функциональные перестройки нейронов и глии в сенсомоторной коре больших полушарий при экспериментальном неврозе. Журн. Высш. Нерв. Деят. 1980. Т. 30. N 4. С. 747-754.
3. Гуляева Н.В. Неапоптотические функции каспазы-3 в нервной ткани. Биохимия. 2003. Т. 68. N 11. С. 1459-1470.
4. Гуляева Н.В., Левшина И.П. Изменение энергетического метаболизма в некоторых областях мозга и вегетативных реакций белых крыс при невротизации. Журн. Высш. Нерв. Деят. 1984. Т. 34. N 3. С. 554-559.
5. Демин Н.Н., Шортанова Т.Х., Эмирбеков Э.З. Нейрохимия зимней спячки млекопитающих. Ленинград: «Наука». 1988. 136 с.
6. Люпина Ю.В., Медведева О.Ф., Тюрина И.В., Судаков С.К. Вклад генетических и индивидуально приобретенных факторов в формирование чувствительности к действию морфина у крыс линий WAG/G и Fischer-344. Бюлл. Эксп. Биол. Мед. 1998. Т. 125. N 5. С. 535-538.
7. Люпина Ю.В., Медведева О.Ф., Русаков Д.Ю. с соавт. Эксп. Клин. Фармакол. 1999. Т. 62. С. 7-10.
8. Сааков Б.А. Гипотермия. Киев: Госмедиздат УССР. 1957. 159 с.
9. Семенова Т.П., Медвинская Н.И., Колаева С.Г., Соломонов Н.Г. Сезонные изменения интегративной деятельности мозга зимнеспящих животных. Доклады РАН. 1998. Т. 363. N 4. С. 567-569.
10. Степаничев М.Ю., Лазарева Н.А., Онуфриев М.В. и соавт. Влияние введения фрагмента (25-35) Р-амилоидного пептида на поведение крыс. Журн. Высш. Нерв. Деят. 1997. Т. 47. N 3. С. 597-600.
11. Штарк М.Б. Мозг зимнеспящих. Новосибирск: «Наука». 1970. 240 с.
12. Яковлев А.А., Семенова Т.П., Колаева С.Г с соавт. Изменение активности каспазы-3 в отделах мозга сусликов Citellus undulatus в течение гибернационного цикла. Нейрохимия. 2002. Т. 19. N 1. С. 33-36.
13. Adam-Klages S., Schwandner R., Luschen S. et al. Caspase-mediated inhibition of human cytosolic phospholipase A2 during apoptosis. J. Immunol. 1998. V. 161. N 10. P. 5687-5694.
14. Alam A., Cohen L.Y., Aouad S., Sekaly R.P. Early activation of caspases during T lymphocyte stimulation results in selective substrate cleavage in nonapoptotic cells. J. Exp. Med. 1999. V. 190. N 12. P. 1879-1890.
15. Arama E., Agapite J., Steller H. Caspase activity and a specific cytochrome С are required for sperm differentiation in Drosophila. Dev. Cell. 2003. V. 4. N 5. P. 687-697.
16. Araque A., Parpura V., Sanzgiri R.P., Haydon P.G. Tripartite synapses: glia, the unacknowledged partner. Trends Neurosci. 1999. V. 22. N 5. P. 208-215.
17. Aronica E., Casabona G., Genazzani A.A. et al. Melittin enhances excitatory amino acid release and AMPA-stimulated 45Ca influx in cultured neurons. Brain Res. 1992. V. 586. N 1. P. 72-77.
18. Bekenstein J.W., Lothman E.W. An in vivo study of the ontogeny of long-term potentiation (LTP) in the CA1 region and in the dentate gyrus of the rat hippocampal formation. Brain Res. Dev. Brain Res. 19916. V. 63. N 1-2. P. 245-251.
19. Bishop G.M., Robinson S.R. The amyloid hypothesis: let sleeping dogmas lie? Neurobiol. Aging. 2002. V. 23. N 6. P. 1101-1105.
20. Blasko I., Schmitt T.L., Steiner E. et al. Tumor necrosis factor alpha augments amyloid beta protein (25-35) induced apoptosis in human cells. Neurosci. Lett. 1997. V. 238. N 1-2. P. 17-20.
21. Bliss T.V., Collingridge G.L. A synaptic model of memory: long-term potentiation in the hippocampus. Nature. 1993. V. 361. N 6407. P. 31-39.
22. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem. 1976. V. 72. P. 248-254.
23. Brown G.P., Blitzer R.D., Connor J.H. et al. Long-term potentiation induced by theta frequency stimulation is regulated by a protein phosphatase-1-operated gate. J. Neurosci. 2000. V. 20. N 21. P. 7880-7887.
24. Brown T.L., Patil S., Cianci C.D. et al. Transforming growth factor beta induces caspase 3-independent cleavage of alphall-spectrin (alpha-fodrin) coincident with apoptosis. J. Biol. Chem. 1999. V. 274. N 33. P. 2325623262.
25. Bursch W., Paffe S., Putz B. et al. Determination of the length of the histological stages of apoptosis in normal liver and in altered hepatic foci of rats. Carcinogenesis. 1990. V. 11. N 5. P. 847-853.
26. Byfield J.E., Karlsson U. Inhibition of replication and differentiation in malignant mouse neuroblasts. Cell Differ. 1973. V. 2. N 1. P. 55-64.
27. Campbell D.S., Holt C.E. Apoptotic pathway and MAPKs differentially regulate chemotropic responses of retinal growth cones. Neuron. 2003. V. 37. N 6. P. 939-952.
28. Carlile G.W., Smith D.H., Wiedmann M. Caspase-3 has a nonapoptotic function in erythroid maturation. Blood. 2004. V. 103. N 11. P. 4310-4316.
29. Cauwels A., Janssen В., Waeytens A. et al. Caspase inhibition causes hyperacute tumor necrosis factor-induced shock via oxidative stress and phospholipase A2. Nat. Immunol. 2003. V. 4. N 4. P. 387-393.
30. Chabot C., Gagne J., Giguere C. et al. Bidirectional modulation of AMPA receptor properties by exogenous phospholipase A2 in the hippocampus. Hippocampus. 1998. V. 8. N 3. P*. 299-309.
31. Chan S.L., Griffin W.S., Mattson M.P. Evidence for caspase-mediated cleavage of AMPA receptor subunits in neuronal apoptosis and Alzheimer's disease. J. Neurosci. Res. 1999. V. 57. N 3. P. 315-323.
32. Chan S.L., Mattson M.P. Caspase and calpain substrates: roles in synaptic plasticity and cell death. J. Neurosci. Res. 1999. V. 58. N 1. P. 167-190.
33. Chen J., Nagayama Т., Jin K. et al. Induction of caspase-3-like protease may mediate delayed neuronal death in the hippocampus after transient cerebral ischemia. J. Neurosci. 1998. V. 18. N 13. P. 4914-4928.
34. Choi D.W., Monyer H., Giffard R.G. et al. Acute brain injury, NMDA receptors, and hydrogen ions: observations in cortical cell cultures. Adv. Exp. Med. Biol. 1990. V. 268. P. 501-504.
35. Chojnacka-Wojcik E., Klodzinska A., Pile A. Glutamate receptor ligands as anxiolytics. Curr. Opin. Investig. Drugs. 2001. V. 2. N 8. P. 1112-1119.
36. Clark R.K., Lee E.V., Fish C.J. et al. Development of tissue damage, inflammation and resolution following stroke: an immunohistochemical and quantitative planimetric study. Brain Res. Bull. 1993. V. 31. N 5. P. 565-572.
37. Clark R.S., Kochanek P.M., Chen M. et al. Increases in Bcl-2 and cleavage of caspase-1 and caspase-3 in human brain after head injury. FASEB J. 1999. V. 13. N8. P. 813-821.
38. Cohen P. The structure and regulation of protein phosphatases. Annu. Rev. Biochem. 1989. V. 58. P. 453-508.
39. Colley P.A., Routtenberg A. Long-term potentiation as synaptic dialogue. Brain Res. Brain Res. Rev. 1993. V. 18. N 1. P. 115-122.
40. Collins D.R., Smith R.C., Davies S.N. Interactions between arachidonic acid and metabotropic glutamate receptors in the induction of synaptic potentiation in the rat hippocampal slice. Eur. J. Pharmacol. 1995. V. 294. N 1. P. 147154.
41. Conn P.J., Pin J.P. Pharmacology and functions of metabotropic glutamate receptors. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 1997. V. 37. P. 205-237.
42. Dailey M.E., Smith S.J. The dynamics of dendritic structure in developing hippocampal slices. J. Neurosci. 1996. V. 16. N 9. P. 2983-2994.
43. Dash P.K., Blum S., Moore A.N. Caspase activity plays an essential role in long-term memory. Neuroreport. 2000. V. 11. N 12. P. 2811-2816.
44. Dehmelt L., Smart F.M., Ozer R.S., Halpain S. The role of microtubule-associated protein 2c in the reorganization of microtubules and lamellipodia during neurite initiation. J. Neurosci. 2003. V. 23. N 29. P. 9479-9490.
45. Delobette S., Privat A., Maurice T. In vitro aggregation facilities beta-amyloid peptide-(25-35)-induced amnesia in the rat. Eur. J. Pharmacol. 1997. V. 319. N 1. P. 1-4.
46. Denny J.B., Polan-Curtain J., Rodriguez S. et al. Evidence that protein kinase M does not maintain long-term potentiation. Brain Res. 1990. V. 534. N 1-2. P. 201-208.
47. Dewachter I., van Dorpe J., Spittaels K. et al. Modeling Alzheimer's disease in transgenic mice: effect of age and of presenilinl on amyloid biochemistry and pathology in APP/London mice. Exp. Gerontol. 2000. V. 35. N 6-7. P. 831-841.
48. Di Bacco A.M., Cotter T.G. p53 expression in K562 cells is associated with caspase-mediated cleavage of c-ABL and BCR-ABL protein kinases. Br. J. Haematol. 2002. V. 117. N 3. P. 588-597.
49. Diamond D.M., Fleshner M., Ingersoll N., Rose G.M. Psychological stress impairs spatial working memory: relevance to electrophysiological studies of hippocampal function. Behav. Neurosci. 1996. V. 110. N 4. P. 661-672.
50. Earnshaw W.C., Martins L.M., Kaufmann S.H. Mammalian caspases: structure, activation, substrates, and functions during apoptosis. Annu. Rev. Biochem. 1999. V. 68. P. 383-424.
51. Enari M., Sakahira H., Yokoyama H. et al. A caspase-activated DNase that degrades DNA during apoptosis, and its inhibitor ICAD. Nature. 1998. V. 391. N6662. P. 43-50.
52. Eymin В., Sordet O., Droin N. et al. Caspase-induced proteolysis of the cyclin-dependent kinase inhibitor p27Kipl mediates its anti-apoptotic activity. Oncogene. 1999. V. 18. N 34. P. 4839-4847.
53. Fadeel В., Orrenius S., Zhivotovsky B. The most unkindest cut of all: on the multiple roles of mammalian caspases. Leukemia. 2000. V. 14. N 8. P. 1514-1525.
54. Farooqui A.A., Yang H.C., Rosenberger T.A., Horrocks L.A. Phospholipase A2 and its role in brain tissue. J. Neurochem. 1997. V. 69. N 3. P. 889-901.
55. Fernando P., Kelly J.F., Balazsi K. et al. Caspase 3 activity is required for skeletal muscle differentiation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002. V. 99. N 17. P. 11025-11030.
56. Ferrer I., Serrano Т., Soriano E. Naturally occurring cell death in the subicular complex and hippocampus in the rat during development. Neurosci. Res. 1990. V. 8.N1.P. 60-66.
57. Ferrer I., Soriano E., del Rio J.A. et al. Cell death and removal in the cerebral cortex during development. Prog. Neurobiol. 1992. V. 39. N 1. P. 1-43.
58. Fischer U., Janicke R.U., Schulze-Osthoff K. Many cuts to ruin: a comprehensive update of caspase substrates. Cell Death Differ. 2003. V. 10. N 1. P. 76-100.
59. Fitzjohn S.M., Morton R.A., Kuenzi F. et al. Similar levels of long-term potentiation in amyloid precursor protein -null and wild-type mice in the CA1 region of picrotoxin treated slices. Neurosci. Lett. 2000. V. 288. N 1. P. 9-12.
60. Flemming W. Uber die bildung von richtungsfiguren in saugethiereiern beim untergang graaf scher follikel. 1885. Arch. Anat. Physiol. P. 221-244.
61. Foy M.R., Stanton M.E., Levine S., Thompson R.F. Behavioral stress impairs long-term potentiation in rodent hippocampus. Behav. Neural. Biol. 1987. V. 48. N 1. P. 138-149.
62. Frerichs K.U., Smith C.B., Brenner M. et al. Suppression of protein synthesis in brain during hibernation involves inhibition of protein initiation and elongation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. V. 95. N 24. P. 1451114516.
63. Frutos S., Moscat J., Diaz-Meco M.T. Cleavage of zetaPKC but not lambda/iotaPKC by caspase-3 during UV-induced apoptosis. J. Biol. Chem. 1999. V. 274. N 16. P. 10765-10770.
64. Fujii S., Matsumoto M., Igarashi K. et al. Synaptic plasticity in hippocampal CA1 neurons of mice lacking type 1 inositol-1,4,5-trisphosphate receptors. Learn. Mem. 2000. V. 7. N 5. P. 312-320.
65. Fujita S., Ikegaya Y., Nishikawa M. et al. Docosahexaenoic acid improves long-term potentiation attenuated by phospholipase A(2) inhibitor in rat hippocampal slices. Br. J. Pharmacol. 2001. V. 132. N 7. P. 1417-1422.
66. Fukunaga K., Muller D., Ohmitsu M. et al. Decreased protein phosphatase 2A activity in hippocampal long-term potentiation. J. Neurochem. 2000. V. 74. N2. P. 807-817.
67. Furmanski P., Silverman D.J., Lubin M. Expression of differentiated functions in mouse neuroblastoma mediated by dibutyryl-cyclic adenosine monophosphate. Nature. 1971. V. 233. N 5319. P. 413-415.
68. Gallo V., Ghiani C.A. Glutamate receptors in glia: new cells, new inputs and new functions. Trends Pharmacol. Sci. 2000. V. 21. N 7. P. 252-258.
69. Gallo V., Patneau D.K., Mayer M.L., Vaccarino F.M. Excitatory amino acid receptors in glial progenitor cells: molecular and functional properties. Glia. 1994. V. 11. N2. P. 94-101.
70. Galster W., Morrison P.R. Gluconeogenesis in arctic ground squirrels between periods of hibernation. Am. J. Physiol. 1975. V. 228. N 1. P. 325-330.
71. Gervais F.G., Thornberry N.A., Ruffolo S.C. et al. Caspases cleave focal adhesion kinase during apoptosis to generate a FRNK-like polypeptide. J. Biol. Chem. 1998. V. 273. N 27. P. 17102-17108.
72. Gilman C.P., Mattson M.P. Do apoptotic mechanisms regulate synaptic plasticity and growth-cone motility? Neuromolecular Med. 2002. V. 2. N 2. P. 197-214.
73. Glazner G.W., Chan S.L., Lu C., Mattson M.P. Caspase-mediated degradation of AMPA receptor subunits: a mechanism for preventing excitotoxic necrosis and ensuring apoptosis. J. Neurosci. 2000. V. 20. N 10. P. 36413649.
74. Goll D.E., Thompson V.F., Li H. et al. The calpain system. Physiol. Rev. 2003.
75. Guttmann R.P., Baker D.L., Seifert K.M. et al. Specific proteolysis of the NR2 subunit at multiple sites by calpain. J. Neurochem. 2001. V. 78. N 5. P. 1083-1093.
76. Han Z., Malik N., Carter T. et al. DNA-dependent protein kinase is a target for a CPP32-like apoptotic protease. J. Biol. Chem. 1996. V. 271. N 40. P. 25035-25040.
77. Harris A.S., Morrow J.S. Proteolytic processing of human brain alpha spectrin (fodrin): identification of a hypersensitive site. J. Neurosci. 1988. V. 8. N 7. P. 2640-2651.
78. Hartmann A., Hunot S., Michel P.P. et al. Caspase-3: A vulnerability factor and final effector in apoptotic death of dopaminergic neurons in Parkinson's disease. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. N 6. P. 2875-2880.
79. Hascoet M., Bourin M. A new approach to the light/dark test procedure in mice. Pharmacol. Biochem. Behav. 1998. V. 60. N 3. P. 645-653.
80. Haug L.S., Walaas S.I., Ostvold A.C. Degradation of the type I inositol 1,4,5-trisphosphate receptor by caspase-3 in SH-SY5Y neuroblastoma cells undergoing apoptosis. J. Neurochem. 2000. V. 75. N 5. P. 1852-1861.
81. Helton D.R., Tizzano J.P., Monn J.A. et al. Anxiolytic and side-effect profile of LY354740: a potent, highly selective, orally active agonist for group II metabotropic glutamate receptors. J. Pharmacol. Exp. Ther. 1998. V. 284. N2. P. 651-660.
82. Hengartner M.O. The biochemistiy of apoptosis. Nature. 2000. V. 407. N 6805. P. 770-776.
83. Henshall D.C., Chen J., Simon R.P. Involvement of caspase-3-like protease in the mechanism of cell death following focally evoked limbic seizures. J. Neurochem. 2000. V. 74. N 3. P. 1215-1223.
84. Herz R.C., Gaillard P.J., de Wildt D.J., Versteeg D.H. Differences in striatal extracellular amino acid concentrations between Wistar and Fischer 344 rats after middle cerebral artery occlusion. Brain Res. 1996. V. 715. N 12. P. 163-171.
85. Hirota J., Furuichi Т., Mikoshiba K. Inositol 1,4,5-trisphosphate receptor type 1 is a substrate for caspase-3 and is cleaved during apoptosis in a caspase-3-dependent manner. J. Biol. Chem. 1999. V. 274. N 48. P. 34433-34437.
86. Hrabetova S., Sacktor T.C. Bidirectional regulation of protein kinase M zeta in the maintenance of long-term potentiation and long-term depression. J. Neurosci. 1996. V. 16. N 17. P. 5324-5333.
87. Huang C.C., Lee C.C., Hsu K.S. An investigation into signal transduction mechanisms involved in insulin-induced long-term depression in the CA1 region of the hippocampus. J. Neurochem. 2004. V. 89. N 1. P. 217-231.
88. Hui K.M., Huen M.S., Wang H.Y. et al. Anxiolytic effect of wogonin, a benzodiazepine receptor ligand isolated from Scutellaria baicalensis Georgi. Biochem. Pharmacol. 2002. V. 64. N 9. P. 1415-1424.
89. Janicke R.U., Ng P., Sprengart M.L., Porter A.G. Caspase-3 is required for alpha-fodrin cleavage but dispensable for cleavage of other death substrates in apoptosis. J. Biol. Chem. 1998. V. 273. N 25. P. 1554015545.
90. Jouvenceau A., Billard J.M., Haditsch U. et al. Different phosphatase-dependent mechanisms mediate long-term depression and depotentiation of long-term potentiation in mouse hippocampal CA1 area. Eur. J. Neurosci. 2003. V. 18. N5. P. 1279-1285.
91. Kami R., Levitzki A. pp60(cSrc) is a caspase-3 substrate and is essential for the transformed phenotype of A431 cells. Mol. Cell Biol. Res. Commun. 2000. V. 3.N2. P. 98-104.
92. Kasahara J., Fukunaga K., Miyamoto E. Activation of calcium/calmodulin-dependent protein kinase IV in long term potentiation in the rat hippocampal CA1 region. J. Biol. Chem. 2001. V. 276. N 26. P. 2404424050.
93. Kato M., Nonaka Т., Maki M. et al. Caspases cleave the amino-terminal calpain inhibitory unit of calpastatin during apoptosis in human Jurkat T cells. J. Biochem. (Tokyo). 2000. V. 127. N 2. P. 297-305.
94. Kaufer D., Friedman A., Seidman S., Soreq H. Acute stress facilitates long-lasting changes in cholinergic gene expression. Nature. 1998. V. 393. N 6683. P. 373-377.
95. Kelley L.L., Blackmore P.F., Graber S.E., Stewart S.J. Agents that raise cAMP in human T lymphocytes release an intracellular pool of calcium in the absence of inositol phosphate production. J. Biol. Chem. 1990. V. 265. N 29. P. 17657-17664.
96. Kennedy N.J., Kataoka Т., Tschopp J., Budd R.C. Caspase activation is required for T cell proliferation. J. Exp. Med. 1999. V. 190. N 12. P. 1891-1896.
97. Kerr D.S., Campbell L.W., Applegate M.D. et al. Chronic stress-induced acceleration of electrophysiologic and morphometric biomarkers of hippocampal aging. J. Neurosci. 1991. V. 11. N 5. P. 1316-1324.
98. Kerr D.S., Campbell L.W., Hao S.Y., Landfield P.W. Corticosteroid modulation of hippocampal potentials: increased effect with aging. Science. 1989. V. 245. N4925. P. 1505-1509.
99. Kerr J.F., Wyllie A.H., Currie A.R. Apoptosis: a basic biological phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics. Br. J. Cancer. 1972. V. 26. N4. P. 239-257.
100. Kidd V.J. Proteolytic activities that mediate apoptosis. Annu. Rev. Physiol. 1998. V. 60. P. 533-573.
101. Kim C.H., Lisman J.E. A role of actin filament in synaptic transmission and long-term potentiation. J. Neurosci. 1999. V. 19. N 11. P. 4314-4324.
102. Kim D.G., Lee S., Lim J.S. Neonatal footshock stress alters adult behavior and hippocampal corticosteroid receptors. Neuroreport. 1999. V. 10. N 12. P. 2551-2556.
103. Kim J.J., Foy M.R., Thompson R.F. Behavioral stress modifies hippocampal plasticity through N-methyl-D-aspartate receptor activation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. V. 93. N 10. P. 4750-4753.
104. Kim J.J., Yoon K.S. Stress: metaplastic effects in the hippocampus. Trends Neurosci. 1998. V. 21. N 12. P. 505-509.
105. Kim T.W., Pettingell W.H., Jung Y.K. et al. Alternative cleavage of Alzheimer-associated presenilins during apoptosis by a caspase-3 family protease. Science. 1997. V. 277. N 5324. P. 373-376.
106. Kleschevnikov A.M., Routtenberg A. PKC activation rescues LTP from NMDA receptor blockade. Hippocampus. 2001. V. 11. N 2. P. 168-175.
107. Knight J.E., Narus E.N., Martin S.L. et al. mRNA stability and polysome loss in hibernating Arctic ground squirrels (Spermophilus parryii). Mol. Cell. Biol. 2000. V. 20. N 17. P. 6374-6379.
108. Kojima N., Wang J., Mansuy I.M. et al. Rescuing impairment of long-term potentiation in fyn-deficient mice by introducing Fyn transgene. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997. V. 94. N 9. P. 4761-4765.
109. Kolbus A., Pilat S., Husak Z. et al. Raf-1 antagonizes erythroid differentiation by restraining caspase activation. J. Exp. Med. 2002. V. 196. N 10. P. 1347-1353.
110. Kroemer G., Zamzami N., Susin S.A. Mitochondrial control of apoptosis. Immunol. Today. 1997. V. 18. N 1. P. 44-51.
111. Krucker Т., Siggins G.R., Halpain S. Dynamic actin filaments are required for stable long-term potentiation (LTP) in area CA1 of the hippocampus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. N 12. P. 6856-6861.
112. Kruman I., Guo Q., Mattson M.P. Calcium and reactive oxygen species mediate staurosporine-induced mitochondrial dysfunction and apoptosis in PC 12 cells. J. Neurosci. Res. 1998. V. 51. N 3. P. 293-308.
113. Kuan C.Y., Roth K.A., Flavell R.A., Rakic P. Mechanisms of programmed cell death in the developing brain. Trends Neurosci. 2000. V. 23. N 7. P. 291297.
114. Kudryashov I.E., Kudryashova I.V. Ontogeny of synaptic transmission in the rat hippocampus. Brain Res. 2001. V. 892. N 2. P. 263-268.
115. Kudryashov I.E., Onufriev M.V., Kudryashova I.V., Gulyaeva N.V. Periods of postnatal maturation of hippocampus: synaptic modifications and neuronal disconnection. Brain Res. Dev. Brain Res. 2001. V. 132. N 2. P. 113-120.
116. C., Fu W., Salvesen G.S., Mattson M.P. Direct cleavage of AMPA receptor subunit GluRl and suppression of AMPA currents by caspase-3: implications for synaptic plasticity and excitotoxic neuronal death. Neuromolecular Med. 2002. V. 1. N 1. P. 69-79.
117. X., Wyszynski M., Sheng M., Baudry M. Proteolysis of glutamate receptor-interacting protein by calpain in rat brain: implications for synaptic plasticity. J. Neurochem. 2001. V. 77. N 6. P. 1553-1560.
118. Y.F., Kojima N., Tomizawa K. et al. Enhanced synaptic transmission and reduced threshold for LTP induction in fyn-transgenic mice. Eur. J. Neurosci. 1999. V. 11.N1.P. 75-82.
119. Magarinos A.M., Verdugo J.M., McEwen B.S. Chronic stress alters synaptic terminal structure in hippocampus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997. V. 94. N25. P. 14002-14008.
120. Malenka R.C., Kauer J.A., Perkel D.J. et al. An essential role for postsynaptic calmodulin and protein kinase activity in long-term potentiation. Nature. 1989. V. 340. N 6234. P. 554-557.
121. Malinow R., Madison D.V., Tsien R.W. Persistent protein kinase activity underlying long-term potentiation. Nature. 1988. V. 335. N 6193. P. 820824.
122. Malizia A.L., Coupland N.J., Nutt D.J. Benzodiazepine receptor function in anxiety disorders. Adv. Biochem. Psychopharmacol. 1995. V. 48. P. 115133.
123. Martin L.J., Al-Abdulla N.A., Brambrink A.M. et al. Neurodegeneration in excitotoxicity, global cerebral ischemia, and target deprivation: Aperspective on the contributions of apoptosis and necrosis. Brain Res. Bull. 1998. V. 46. N 4. P. 281-309.
124. Massicotte G. Modification of glutamate receptors by phospholipase A2 and its role in adaptive neural plasticity. Cell. Mol. Life Sci. 2000. V. 57. N 11. P. 1542-1550.
125. Matheus M.G., Guimaraes F.S. Antagonism of non-NMDA receptors in the dorsal periaqueductal grey induces anxiolytic effect in the elevated plus maze. Psychopharmacology (Berl). 1997. V. 132. N 1. P. 14-18.
126. Matter A. Microcinematographic and electron microscopic analysis of target cell lysis induced by cytotoxic T lymphocytes. Immunology. 1979. V. 36. N 2. P. 179-190.
127. Mattson M.P., Duan W. «Apoptotic» biochemical cascades in synaptic compartments: roles in adaptive plasticity and neurodegenerative disorders. J. Neurosci. Res. 1999. V. 58. N 1. P. 152-166.
128. Mattson M.P., Keller J.N., Begley J.G. Evidence for synaptic apoptosis. Exp. Neurol. 1998. V. 153. N 1. P. 35-48.
129. Matute C., Alberdi E., Domercq M. et al. The link between excitotoxic oligodendroglial death and demyelinating diseases. Trends Neurosci. 2001. V. 24. N4. P. 224-230.
130. Mignotte В., Vayssiere J.L. Mitochondria and apoptosis. Eur. J. Biochem. 1998. V. 252. N 1. P. 1-15.
131. Miguel-Hidalgo J. J., Cacabelos R. Beta-amyloid(l-40)-induced neurodegeneration in the rat hippocampal neurons of the CA1 sub field. Acta Neuropathol. (Berl). 1998. V. 95. N 5. P. 455-465.
132. Mikoshiba К. IP3 receptor, a Ca oscilator—role of IP3 receptor in development and neural plasticity. Nippon Yakurigaku Zasshi. 2002. V. 120. N 1. P. 6P-10P.
133. Ming G.L., Song H.J., Berninger B. et al. cAMP-dependent growth cone guidance by netrin-1. Neuron. 1997. V. 19. N 6. P. 1225-1235.
134. Mitsui K., Tsuji S., Yamazaki M., Nagai Y. Multiple neurite formation in neuroblastoma cell lines by griseolic acid, a potent inhibitor of cyclic nucleotide phosphodiesterases. J. Neurochem. 1991. V. 57. N 2. P. 556561.
135. Miyamoto E., Fukunaga K., Takeuchi Y. et al. Calcium signaling and brain functions Nippon Yakurigaku Zasshi. 2002. V. 120. N 1. P. 1P-5P.
136. Mogi M., Togari A. Activation of caspases is required for osteoblastic differentiation. J. Biol. Chem. 2003. V. 278. N 48. P. 47477-47482.
137. Montminy M.R., Bilezikjian L.M. Binding of a nuclear protein to the cyclic-AMP response element of the somatostatin gene. Nature. 1987. V. 328. N 6126. P. 175-178.
138. Mooney S.M., Miller M.W. Expression of bcl-2, bax, and caspase-3 in the brain of the developing rat. Brain Res. Dev. Brain Res. 2000. V. 123. N 2. P. 103-117.
139. Morton R.A., Kuenzi F.M., Fitzjohn S.M. et al. Impairment in hippocampal long-term potentiation in mice under-expressing the Alzheimer's disease related gene presenilin-1. Neurosci. Lett. 2002. V. 319. N 1. P. 37-40.
140. Mukerjee N., McGinnis K.M., Gnegy M.E., Wang K.K. Caspase-mediated calcineurin activation contributes to IL-2 release during T cell activation. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2001. V. 285. N 5. P. 1192-1199.
141. Muller D., Molinari I., Soldati L., Bianchi G. A genetic deficiency in calpastatin and isovalerylcarnitine treatment is associated with enhanced hippocampal long-term potentiation. Synapse. 1995. V. 19. N 1. P. 37-45.
142. Muller D., Oliver M., Lynch G. Developmental changes in synaptic properties in hippocampus of neonatal rats. Brain Res. Dev. Brain Res. 1989. V. 49. N l.P. 105-114.
143. Munoz J.P., Sanchez J.R., Maccioni R.B. Regulation of p27 in the process of neuroblastoma N2A differentiation. J. Cell. Biochem. 2003. V. 89. N 3. P. 539-549.
144. Nagata S. Apoptotic DNA fragmentation. Exp. Cell Res. 2000. V. 256. N 1. P. 12-18.
145. Naik M.U., Benedikz E., Hernandez I. et al. Distribution of protein kinase Mzeta and the complete protein kinase С isoform family in rat brain. J. Сотр. Neurol. 2000. V. 426. N 2. P. 243-245.
146. Nair S.M., Werkman T.R., Craig J. et al. Corticosteroid regulation of ion channel conductances and mRNA levels in individual hippocampal CA1 neurons. J. Neurosci. 1998. V. 18. N 7. P. 2685-2696.
147. Nakazawa Т., Tezuka Т., Yamamoto T. Regulation of NMDA receptor function by Fyn-mediated tyrosine phosphorylation. Nihon Shinkei Seishin Yakurigaku Zasshi. 2002. V. 22. N 5. P. 165-167.
148. Namura S., Zhu J., Fink K. et al. Activation and cleavage of caspase-3 in apoptosis induced by experimental cerebral ischemia. J. Neurosci. 1998. V. 18. N 10. P. 3659-3668.
149. Naruse I., Keino H. Apoptosis in the developing CNS. Prog. Neurobiol. 1995. V. 47. N2. P. 135-155.
150. Sci. 1997. V. 22. N 8. P. 299-306. Nicotera P., Lipton S.A. Excitotoxins in neuronal apoptosis and necrosis. J.
151. Paxinos G., Watson C. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. Academic Press, Sidney. 1982.
152. Pellegrini-Giampietro D.E., Bennett M.V., Zukin R.S. Differential expression of three glutamate receptor genes in developing rat brain: an in situ hybridization study. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991. V. 88. N 10. P. 4157-4161.
153. Pike B.R., Flint J., Dutta S. et al. Accumulation of non-erythroid alpha II-spectrin and calpain-cleaved alpha II-spectrin breakdown products in cerebrospinal fluid after traumatic brain injury in rats. J. Neurochem. 2001. V. 78. N6. P. 1297-1306.
154. Pike B.R., Zhao X., Newcomb J.K. et al. Regional calpain and caspase-3 proteolysis of alpha-spectrin after traumatic brain injury. Neuroreport. 1998. V. 9.N11.P. 2437-2442.
155. Polyak K, Lee MH, Erdjument-Bromage H, Koff A, Roberts JM, Tempst P, Massague J. Cloning of p27Kipl, a cyclin-dependent kinase inhibitor and a potential mediator of extracellular antimitogenic signals. Cell. 1994 78(l):59-66.
156. Popescu B.O., Cedazo-Minguez A., Popescu L.M. et al. Caspase cleavage of exon 9 deleted presenilin-1 is an early event in apoptosis induced by calcium ionophore A 23187 in SH-SY5Y neuroblastoma cells. J. Neurosci. Res. 2001. V. 66. N 1. P. 122-134.
157. Popov V.I., Bocharova L.S. Hibernation-induced structural changes in synaptic contacts between mossy fibres, and hippocampal pyramidal neurons. Neuroscience. 1992. V. 48. N 1. P. 53-62.
158. Popov V.I., Bocharova L.S., Bragin A.G. Repeated changes of dendritic morphology in the hippocampus of ground squirrels in the course of hibernation. Neuroscience. 1992. V. 48. N 1. P. 45-51.
159. Porn-Ares M.I., Samali A., Orrenius S. Cleavage of the calpain inhibitor, calpastatin, during apoptosis. Cell Death Differ. 1998. V. 5. N 12. P. 1028-1033.
160. Robertson J.D., Zhivotovsky B. New methodology is a key to progress. Cell
161. Rossi F., Bianchini E. Synergistic induction of nitric oxide by beta-amyloid and cytokines in astrocytes. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1996. V. 225. N 2. P. 474-478.
162. Rossiter J.P., Anderson L.L., Yang F., Cole G.M. Caspase-3 activation and caspase-like proteolytic activity in human perinatal hypoxic-ischemic brain injury. Acta Neuropathol. (Berl.). 2002. V. 103. N 1. P. 66-73.
163. Rossiter J.P., Anderson L.L., Yang F., Cole G.M. Caspase-cleaved actin (fractin) immunolabelling of Hirano bodies. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2000. V. 26. N 4. P. 342-346.
164. Rothwell N.J. 1996. The role of cytokines in neurodegeneration. In: Cytokines in the nervous system. Edited by Rothwell N. Austin: R.G. Landes Company. P. 145-162.
165. Ruano D., Benavides J., Machado A., Vitorica J. Aging-associated changes in the pharmacological properties of the benzodiazepine (omega) receptor isotypes in the rat hippocampus. J. Neurochem. 1995. V. 64. N 2. P. 867873.
166. Ruano D., Machado A., Vitorica J. Absence of modifications of the pharmacological properties of the GABAA receptor complex during aging, as assessed in 3- and 24-month-old rat cerebral cortex. Eur. J. Pharmacol. 1993. V. 246. N 1. P. 81-87.
167. Sacktor T.C., Osten P., Valsamis H. et al. Persistent activation of the zeta isoform of protein kinase С in the maintenance of long-term potentiation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1993. V. 90. N 18. P. 8342-8346.
168. Salter M.W. Src, N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors, and synaptic plasticity. Biochem. Pharmacol. 1998. V. 56. N 7. P. 789-798.
169. Salvesen G.S. Caspase: opening the boxes and interpreting the arrows. Cell Death Differ. 2002. V. 9. N 1. P. 3-5.
170. Sanchez Mejia R.O., Friedlander R.M. Caspases in Huntington's disease. Neuroscientist. 2001. V. 7. N 6. P. 480-489.
171. Sanchez R.M., Koh S., Rio C. et al. Decreased glutamate receptor 2 expression and enhanced epileptogenesis in immature rat hippocampus after perinatal hypoxia-induced seizures. J. Neurosci. 2001. V. 21. N 20. P. 8154-8163.
172. Sanchez S., Jimenez C., Carrera A.C. et al. A cAMP-activated pathway, including PKA and PI3K, regulates neuronal differentiation. Neurochem. Int. 2004. V. 44. N 4. P. 231-242.
173. Santoro M.F., Annand R.R., Robertson M.M. et al. Regulation of protein phosphatase 2A activity by caspase-3 during apoptosis. J. Biol. Chem. 1998. V. 273. N 21. P. 13119-13128.
174. Sapolsky R.M., Krey L.C., McEwen B.S. Prolonged glucocorticoid exposure reduces hippocampal neuron number: implications for aging. J. Neurosci. 1985. V. 5. N5. P. 1222-1227.
175. Sasaki H., Kotsuji F., Tsang B.K. Caspase 3-mediated focal adhesion kinase processing in human ovarian cancer cell: possible regulation by X-linked inhibitor of apoptosis protein. Gynecol. Oncol. 2002. V. 85. N 2. P. 339350.
176. Savill J., Fadok V., Henson P., Haslett C. Phagocyte recognition of cells undergoing apoptosis. Immunol. Today. 1993. V. 14. N 3. P. 131-136.
177. Sazontova T.G., Matskevich A.A., Arkhipenko Y.V. Calpains: physiological and pathophysiological significance. Pathophysiology. 1999. V. 6. N 2. P. 91-102.
178. Schubert D., Heinemann S., Carlisle W. et al. Clonal cell lines from the rat central nervous system. Nature. 1974. V. 249. N 454. P. 224-227.
179. Schubert D., Jacob F. 5-bromodeoxyuridine-induced differentiation of a neuroblastoma. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1970. V. 67. N 1. P. 247-254.
180. Shi Y., Melnikov V.Y., Schrier R.W., Edelstein C.L. Downregulation of the calpain inhibitor protein calpastatin by caspases during renal ischemia-reperfusion. Am. J. Physiol. Renal Physiol. 2000. V. 279. N 3. P. F509-F517.
181. Shimohama S., Tanino H., Fujimoto S. Changes in caspase expression in Alzheimer's disease: comparison with development and aging. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1999. V. 256. N 2. P. 381-384.
182. Shimohama S., Tanino H., Fujimoto S. Differential expression of rat brain caspase family proteins during development and aging. Biochem. Biophys. Res. Commun. 20016. V. 289. N 5. P. 1063-1066.
183. Shimohama S., Tanino H., Fujimoto S. Differential subcellular localization of caspase family proteins in the adult rat brain. Neurosci. Lett. 2001a. V. 315. N3. P. 125-128.
184. Shors T.J., Foy M.R., Levine S., Thompson R.F. Unpredictable and uncontrollable stress impairs neuronal plasticity in the rat hippocampus. Brain Res. Bull. 1990. V. 24. N 5. P. 663-667.
185. Shors T.J., Gallegos R.A., Breindl A. Transient and persistent consequences of acute stress on long-term potentiation (LTP), synaptic efficacy, theta rhythms and bursts in area CA1 of the hippocampus. Synapse. 1997. V. 26. N3. P. 209-217.
186. Shors T.J., Seib T.B., Levine S., Thompson R.F. Inescapable versus escapable shock modulates long-term potentiation in the rat hippocampus. Science. 1989. V. 244. N 4901. P. 224-226.
187. Skeberdis V.A., Lan J., Opitz T. et al. mGluRl -mediated potentiation of NMDA receptors involves a rise in intracellular calcium and activation of protein kinase C. Neuropharmacology. 2001. V. 40. N 7. P. 856-865.
188. Soderling S.H., Beavo J.A. Regulation of cAMP and cGMP signaling: new phosphodiesterases and new functions. Curr. Opin. Cell Biol. 2000. V. 12. N2. P. 174-179.
189. Spada A., Lania A. Growth factors and human pituitary adenomas. Mol. Cell.
190. Endocrinol. 2002. V. 197. N 1-2. P. 63-68. Steinbach J.H., Schubert D. Multiple modes of dibutyryl cyclic AMP-induced process formation by clonal nerve and glial cells. Exp. Cell Res. 1975. V. 91. N2. P. 449-453.
191. Tanaka С., Nishizuka Y. The protein kinase С family for neuronal signaling.
192. Biol. Chem. 1995. V. 270. N 1. P. 1-4. Thornberry N. A., Lazebnik Y. Caspases: enemies within. Science. 1998. V. 281.
193. N 5381. P. 1312-1316. Tomimatsu Y., Idemoto S., Moriguchi S. et al. Proteases involved in long-termpotentiation. Life Sci. 2002. V. 72. N4-5. P. 355-361. Troy C.M., Salvesen G.S. Caspases on the brain. J. Neurosci. Res. 2002. V. 69. N2. P. 145-150.
194. Uno H., Tarara R., Else J.G. et al. Hippocampal damage associated with prolonged and fatal stress in primates. J. Neurosci. 1989. V. 9. N 5. P. 1705-1711.
195. Watanabe Y., Gould E., McEwen B.S. Stress induces atrophy of apical dendrites of hippocampal CA3 pyramidal neurons. Brain Res. 1992. V. 588. N 2. P. 341-345.
196. Weil M., Raff M.C., Braga V.M. Caspase activation in the terminal differentiation of human epidermal keratinocytes. Curr. Biol. 1999. V. 9. N7. P. 361-364.
197. Wellington C.L., Leavitt B.R., Hayden M.R. Huntington disease: new insights on the role of huntingtin cleavage. J. Neural Transm. Suppl. 2000. V. 58. P. 1-17.
198. Wheal H.V., Chen Y., Mitchell J. et al. Molecular mechanisms that underlie structural and functional changes at the postsynaptic membrane during synaptic plasticity. Prog. Neurobiol. 1998. V. 55. N 6. P. 611-640.
199. Winder D.G., Ritch P.S., Gereau R.W. 4th, Conn P.J. Novel glial-neuronal signalling by coactivation of metabotropic glutamate and beta-adrenergic receptors in rat hippocampus. J. Physiol. 1996. V. 494. Pt. 3. P. 743-755.
200. Wolf B.B., Green D.R. Suicidal tendencies: apoptotic cell death by caspase family proteinases. J. Biol. Chem. 1999. V. 274. N 29. P. 20049-20052.
201. Wolf M.J., Izumi Y., Zorumski C.F., Gross R.W. Long-term potentiation requires activation of calcium-independent phospholipase A2. FEBS Lett. 1995. V. 377. N3. P. 358-362.
202. Woo N.H., Nguyen P.V. «Silent» metaplasticity of the late phase of long-term potentiation requires protein phosphatases. Learn. Mem. 2002. V. 9. N 4. P. 202-213.
203. Wyllie A.H., Kerr J.F., Currie A.R. Cell death: the significance of apoptosis. Int. Rev. Cytol. 1980. V. 68. P. 251-306.
204. Yamada K., McEwen B.S., Pavlides C. Site and time dependent effects of acute stress on hippocampal long-term potentiation in freely behaving rats. Exp. Brain Res. 2003. V. 152. N 1. P. 52-59.
205. Yan X.X., Najbauer J., Woo C.C. et al. Expression of active caspase-3 in mitotic and postmitotic cells of the rat forebrain. J. Сотр. Neurol. 2001. V. 433. N l.P. 4-22.
206. Yang Y.C., Ma Y.L., Chen S.K. et al. Focal adhesion kinase is required, but not sufficient, for the induction of long-term potentiation in dentate gyrus neurons in vivo. J. Neurosci. 2003. V. 23. N 10. P. 4072-4080.
207. Yuan J., Yankner B.A. Apoptosis in the nervous system. Nature. 2000. V. 407. N 6805. P. 802-809.
208. Zhang Y., Center D.M., Wu D.M. et al. Processing and activation of pro-interleukin-16 by caspase-3. J. Biol. Chem. 1998. V. 273. N 2. P. 11441149.
209. Zhou B.B., Li H., Yuan J., Kirschner M.W. Caspase-dependent activation of cyclin-dependent kinases during Fas-induced apoptosis in Jurkat cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. V. 95. N 12. P. 6785-6790.
210. Zhou X.M., Fishman P.H. Desensitization of the human beta 1-adrenergic receptor. Involvement of the cyclic AMP-dependent but not a receptor-specific protein kinase. J. Biol. Chem. 1991. V. 266. N 12. P. 7462-7468.
211. Zimmerberg В., Brown R.C. Prenatal experience and postnatal stress modulate the adult neurosteroid and catecholaminergic stress responses. Int J. Dev. Neurosci. 1998. V. 16. N 3-4. P. 217-228.
-
Яковлев, Александр Александрович
-
кандидата физико-математических наук
-
Москва, 2004
-
ВАК 03.00.02
- Исследование участия каспаз зрелого мозга крыс в механизмах памяти и обучения
- Влияние дельтарана на свободнорадикальные процессы и активность каспазы-3 в мозге крыс при инфаркте миокарда
- Эффекты Альфа2-адренергических препаратов на уровень мРНК генов апоптоза в онтогенезе головного мозга крыс в норме и при гипоксии
- Изучение свойств и регуляции металлопептидазы неприлизина в мозге и плазме крови млекопитающих
- Эффекты гипоксии и глюкокортикоидов на программируемую гибель клеток неонатального мозга
