Для дальнейшего исследования природы сигналов, ассоциированных с синаптической базальной мембраной, мышцы повреждали, нерв раздавливали, а регенерацию мышечного волокна предотвращали рентгеновским облучением. Регенерирующие аксоны росли к исходным синаптическим зонам, что выявлялось окраской на холинэстеразу, и формировали активные зоны для освобождения медиатора точно напротив участков базальной мембраны, связанных со вторичными синаптическими складками, — и все это происходило в отсутствие клеточных элементов постсинаптической мишени (рис.3D).
В параллельной серии экспериментов МакМахан и его коллеги продемонстрировали, что синаптическая базальная мембрана в регенерирующих мышечных волокнах содержит факторы, запускающие дифференцировку постсинаптической мембраны. Мышцы повреждались, как было описано ранее, а реиннервация предотвращалась удалением большого сегмента нерва. При регенерации новые мышечные волокна образовывали вторичные складки и кластеры АХ рецепторов и ацетилхолинэстеразы точно в зоне контакта с исходной синаптической базальной мембраной (рис. 4). Таким образом, сигналы, ассоцированные с синаптической базальной мембраной, при регенерации могут инициировать формирование синаптических специализаций как в мышечных волокнах, так и в нервных окончаниях.
Идентификация агрина
Для идентификации сигнала, связанного с базальной мембраной и инициирующего постсннаптическую дифференцировку, МакМахан и его коллеги использовали морского ската Torpedo califomica. Из электрических органов этого животного, родственных скелетной мышце, они приготовили экстракты, содержащие базальные мембраны. Добавленные к культуре мышечных волокон, экстракты симулировали эффекты синаптической базальной мембраны на регенерацию мышечных волокон, а именно индуцировали формирование кластеров АХ рецепторов вместе с другими компонентами постсинаптической мембраны (рис. 5).
Активный компонент экстрактов, названный агрином, был очищен и охарактеризован, а у цыпленка, крысы и ската клонирована соответствующая кДНК.
|
| Рис. 4. Базальная мембрана и регенерация синапсов. (А) Микрофотография нормального нервно-мышечного синапса лягушки, окрашенного рутением красным, показывающая базальную мембрану, погруженную в постсинаптические складки и окружающую шванновскую клетку (S) и нервное окончание (N). (В) Изображение кожно-грудной мышцы, показывающее замороженный (справа) или перерезанный (слева) участок, с целью вызвать локальное повреждение мышечных волокон. (С) Замораживание приводит к дегенерации и фагоцитозу всех клеточных элементов нервно-мышечного соединения, оставляя целой только базальную мембрану мышечного волокна и шванновской клетки. Новые нервно-мышечные синапсы создаются регенерирующими аксонами и мышечными волокнами. (D) Нерв и мышца были повреждены, регенерация мышечных волокон предупреждена рентгеновским облучением. В отсутствие мышечных волокон аксоны регенерировали, восстанавливали связь с исходными синаптическими зонами и формировали активные зоны. |
Результаты гибридизации in situ и иммуногистохимических исследований продемонстрировали, что агрин синтезируется мотонейронами, транспортируется по аксонам и, освобождаясь, индуцирует дифференцировку постсинаптического аппарата в развивающихся нервно-мышечных синапсах. Затем агрин становится частью синаптической базальной мембраны, где участвует в сохранении постсинаптического аппарата и запускает дифференцировку во время регенерации.
| Рис. 5. Аккумуляция AX рецепторов и ацетилхолинэстеразы в исходных синаптических зонах мышечных волокон, регенерирующих в отсутствие нерва. Мышца была заморожена, как на рис. 24.13В, но регенерация нерва была блокирована. Новые мышечные волокна сформировались в пределах оболочек базальной мембраны. (А и В) Ауторадиография регенерированной мышцы с окраской на холинэстераэу, для того чтобы выделить исходную синаптическую зону (в фокусе в части А), и помеченной радиоактивным -бунгаротоксином, чтобы определить положение АХ рецепторов (серебряные зерна в фокусе в части В). (С) Электронная микрофотография исходной синаптической зоны в регенерированной мышце, отмеченная пероксидазой хрена (HRP), конъюгированной с -бунгаротоксином. Распределение АХ рецепторов обнаруживается по высокой плотности продукта реакции с HRP, который позволяет различать поверхность мышечного волокна и синаптические складки. (D) Электронная микрофотография исходной синаптической зоны в регенерирующей мышце с окраской на холинэстеразу. | 
Исходная холинэстераза деградировала после заморозки мышцы. Таким образом, выявляемый продукт реакции обусловлен холинэстеразой, синтезированной и аккумулированной в исходной синаптической зоне регенерирующим мышечным волокном.
|
Специфичный для мышцы рецептор тирозинкиназы, называемый MuSK, образует часть агринового рецептора. Активация MuSK инициирует внутриклеточное фосфорилирование, что служит пусковым сигналом для агрегации АХ рецепторов.
Литература:
1. Sanes, J. R., and Lichtman, J.W. 1999. Development of the vertebrate neuromuscular junction. Annu. Rev. Neurosci. 22: 389-442.
2. Song, H-J., and Poo, M-M. 1999. Signal transduc-tion underlying growth cone guidance by diffusible factors. Curr. Opin. Neurobiol. 9: 355-363.
3. Walsh, F. S., and Doherty, P. 1997. Neural cell adhesion molecules of the immunoglobulin super-family: Role in axon growth and guidance. Annu Rev. Cell Dev. ВЫ. 13: 425-456.
4. Zigmond, M.J., Bloom, F. E., Landis, S.C., Roberts, J.L., and Squire, L. R. (eds.). 1999. Fundamental Neuroscience. Academic Press, New York.