Эндоканнабиноидный сигналинг зависит от синуклеинов в постсинапсах

Эндоканнабиноидная система участвует в регуляции многих процессов в нервной системе, в том числе контролирует ответ на стресс и модулирует нейропластичность. Несмотря на важную роль эндоканнабиноидов в регуляции синаптической передачи, механизмы их выброса пока изучены слабо.

Недавняя публикация в Nature Neurobiology раскрывает этот механизм с неожиданной стороны. Авторы работы показали связь между выделением эндоканнабиноидов и синуклеинами, играющими ключевую роль в развитии болезни Паркинсона.

Центральную роль в патогенезе болезни Паркинсона играет α-синуклеин, агрегаты которого накапливаются в нейронах при этом заболевании. Одним из последствий самой болезни является утрата опосредованной эндоканнабиноидами нейропластичности. Это нарушает процессы обучения и формирования привычек. Ключевым отделом мозга здесь является стриатум, который в первую очередь затрагивается болезнью Паркинсона, приводящей к дегенерации синапсов на шипиковых проекционных нейронах и нарушению передачи сигнала.

Исходя из этой связи, ученые предположили, как связаны кортикостриатальная синаптическая передача и эндоканнабиноидная нейропластичность с экспрессией синуклеинов. Передачу сигнала измеряли напрямую при помощи метода пэтч-кламп на нейронах мышей. Для исследования использовали модель тройного нокаута (Syn-tKO) — таким мышам выключали гены α, β и γ-синуклеинов одновременно.

Регистрация потенциала шипиковых проекционных нейронов стриатума на переживающих срезах мозга мышей и электрическая стимуляция кортикостриатальных аксонов показали, что значимой разницы в силе синаптического ответа между Syn-tKO мышами и мышами дикого типа не было.

Один из ключевых эффектов тройного нокаута синуклеинов, выявленный в дальнейших экспериментах, был связан с долговременной депрессией (long-term depression, LTD), обеспечиваемой эндоканнабиноидами. Нарушения в кортикостриатальной LTD отмечаются у мышей, на которых моделируют болезнь Паркинсона. Чтобы вызвать LTD, авторы воздействовали на нейроны переживающих срезов агонистом метаботропных глутаматных рецепторов в сочетании со слабой (−50 мВ) деполяризацией мембраны. Оказалось, что в отсутствие синуклеинов было невозможно вызвать долговременную кортикостриатальную депрессию.

Аналогичным образом было показано, что в стриатумах Syn-tKO мышей отсутствует другая важная форма нейропластичности, которая также обеспечивается эндоканнабиноидной системой. Так, индуцируемое деполяризацией подавление торможения (DSI) наблюдалось только у мышей дикого типа, но не на нокаутной модели. Подобный эффект был выявлен также в пирамидных нейронах гиппокампа Syn-tKO мышей. Таким образом, при полном нокауте синуклеинов нарушается опосредованная эндоканнабиноидами нейропластичность, причем это происходит в различных типах синапсов (глутаматергических и ГАМК-ергических) и участках мозга.

Каннабиноидные рецепторы первого типа (CB1R) у таких мышей сохранялись в норме — это подтвердили при помощи их активации прямым воздействием агониста. Уровень эндоканнабиноидов в тканях стриатума также не отклонялся от нормы.

Исследователи пришли к выводу, что активации CB1R препятствует именно недостаточное выделение эндоканнабиноидов в постсинапсах. Причиной этого, как показали дальнейшие опыты, являлось отсутствие α-синуклеина — восстановление его экспрессии в постсинапсах вернуло нейронам Syn-tKO мышей утраченную нейропластичность.

Дальнейшее изучение механизма показало, что для нормального выделения эндоканнабиноидов в постсинапсах требуется именно мембраносвязывающий домен α-синуклеина. Кроме того, в этом процессе задействованы белки SNARE, с которыми взаимодействует α-синуклеин, обеспечивая нормальное постсинаптическое выделение эндоканнабиноидов. Разрушение синаптобревинов, входящих в состав комплекса SNARE, приводило к тому же эффекту, что и нокаут синуклеинов.

Полученные результаты демонстрируют, что постсинаптическое выделение эндоканабинноидов происходит при участии синуклеинов и SNARE. Делеция синуклеинов нарушает этот механизм синаптической пластичности, однако экспрессия α-синуклеина в постсинапсах возвращает нейронам нормальный фенотип. Важно, что речь идет именно об α-синуклеине дикого типа, поскольку мутантные варианты, характерные в том числе для болезни Паркинсона, не восстанавливали нарушенный сигналинг.

Обнаружена естественная функция белка, вызывающего болезнь Альцгеймера