LIM-киназа 1 в регуляции когнитивных и локомоторных и функцийDrosophila melanogaster

Обложка
  • Авторы: Каминская А.Н.1, Медведева А.В.2
  • Учреждения:
    1. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова Российской академии наук
    2. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт Физиологии им. И. П. Павлова Российской академии наук
  • Выпуск: Том 11, № 3 (2013)
  • Страницы: 63-78
  • Раздел: Статьи
  • URL: https://journals.rcsi.science/ecolgenet/article/view/2419
  • DOI: https://doi.org/10.17816/ecogen11363-78
  • ID: 2419

Цитировать

Полный текст

Аннотация

LIM-киназа 1 является ключевым ферментом сигнального каскада ремоделирования актина, необходимым для обеспечения синаптической пластичности, обучения и памяти. Делеция гена limk1 приводит к развитию синдрома Уильямса, сопровождаемого когнитивными нарушениями и моторными дисфункциями и, который относится к болезням цитоскелета — кофилинопатиям. Кофилинопатии характеризуются образованием кофилин-актиновых комплексов в нейронах, которые нарушают везикулярный транспорт и выявляются на ранних стадиях деменции. В работе приведены данные о вкладе фермента LIM-киназы 1 в регуляцию локомоторного поведения, обучения и формировании памяти на модельном объекте Drosophila melanogaster.

Об авторах

Алена Николаевна Каминская

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И. М. Сеченова Российской академии наук

Email: kaminskayaan@mail.ru
к. б. н., м. н. с., лаб. сравнительной физиологии сенсорных систем

Анна Владимировна Медведева

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт Физиологии им. И. П. Павлова Российской академии наук

Email: avmed56@mail.ru
к. б. н., н. с., лаб. нейрогенетики

Список литературы

  1. Каминская А. Н., Никитина Е. А., Паялина Т. Л., с соавт., 2011. Влияние соотношения изоформ LIMK1 на поведение ухаживания Drosophila melanogaster: комплексный подход // Экологическая генетика. Т. 9 (4). С. 3–14.
  2. Каминская А. Н., 2012. Особенности поведения Drosophila melanogaster при различной структуре гена limk1: Автореф. дис. канд. биол. наук. СПб, 20 с.
  3. Лобашев М. Е., 1960. О параллельных — аналогичных и гомологичных рядах развития основных свойств высшей нервной деятельности в филогенезе животных // Материалы 2-го научного совещания, посвященного памяти Л. А. Орбели, Москва, Ленинград, С. 16–23.
  4. Лопатина Н. Г., Зачепило Т. Г., Чеснокова Е. Г., Савватеева-Попова Е. В., 2010. Поведенческие и молекулярные последствия дефицита эндогенных кинуренинов у медоносной пчелы (Apis mellifera L.) // Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова. Т. 60 (2). С. 229–235.
  5. Медведева А. В., Молотков Д. А., Никитина Е. А. с соавт., 2008. Системная регуляция генетических и цитогенетических процессов сигнальным каскадом ремоделирования актина: локус agnostic дрозофилы // Генетика. Т. 44 (6). С. 669–681.
  6. Попов А. В., Каминская А. Н., Савватеева-Попова Е. В., 2009. Поведение ухаживания, коммуникационное звукоизлучение и устойчивость к стрессу мутантов дрозофилы Drosophila melanogaster по гену agnostic, кодирующему LIMK1 // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. Т. 45 (2). С. 184–190.
  7. Попов А. В., Савватеева-Попова Е. В., Камышев Н. Г., 2000. Особенности акустической коммуникации у плодовых мушек Drosophila melanogaster // Сенсорные системы. Т. 14. С. 60–74.
  8. Савватеева-Попова Е. В., Переслени А. И., Шарагина Л. М. с соавт., 2004. Особенности архитектуры Х-хромосомы, экспрессии LIM-киназы 1 и рекомбинации у мутантов дрозофилы локуса agnostic: модель синдрома Вильямса человека // Генетика. Т. 40 (6). С. 749–769.
  9. Ang L. H., Chen W., Yao Y. et al., 2006. Lim kinase regulates the development of olfactory and neuromuscular synapses // Dev. Biol. Vol. 293 (1). P. 178–190.
  10. Angeli S., Shao J., Diamond M. I., 2010. F-actin binding regions on the androgen receptor and huntingtin increase aggregation and alter aggregate characteristics // PLoS One. Vol. 5 (2). P. e9053.
  11. Bailey C. H., Bartsch D., Kandel E. R., 1996. Toward a molecular definition of long-term memory storage // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 93 (24). P. 13 445–13 452.
  12. Bamburg J. R., Bloom G. S., 2009. Cytoskeletal pathologies of Alzheimer disease // Cell Motil Cytoskeleton. Vol. 66 (8). P. 635–649.
  13. Bamburg J. R., Zheng J. Q., 2010. ADF/cofilin-mediated actin dynamics regulate AMPA receptor trafficking during synaptic plasticity // Nat Neurosci. Vol. 13. N 10. P. 1208–1215.
  14. Bernstein B. W., Bamburg J. R., 2003. Actin-ATP hydrolysis is a major energy drain for neurons // J. Neurosci. Vol. 23 (1). P. 1–6.
  15. Bernstein B. W., Bamburg J. R., 2010. ADF/Cofilin: a functional node in cell biology // Trends in Cell Biology. Vol. 20. P. 187–195.
  16. Bernstein B. W., Chen H., Boyle J. A., Bamburg J. R., 2006. Formation of actin-ADF/cofilin rods transiently retards decline of mitochondrial potential and ATP in stressed neurons // Am. J. Physiol. Cell Physiol. Vol. 291 (5). P. 828–839.
  17. Birkenfeld J., Betz H., Roth D., 2003. Identification of cofilin and LIM-domain-containing protein kinase 1 as novel interaction partners of 14–3-3 zeta // Biochem. J. Vol. 369 (Pt 1). P. 45–54.
  18. Boissonneault V, Plante I, Rivest S, Provost P., 2009. MicroRNA-298 and microRNA-328 regulate expression of mouse beta-amyloid precursor proteinconverting enzyme 1 // J. Biol. Chem. — 2009. — Vol. 284. — P. 1971–1981.
  19. Carlisle H. J., Manzerra P., Marcora E., Kennedy M. B., 2008. SynGAP regulates steady-state and activity-dependent phosphorylation of cofilin // J. Neurosci. Vol. 28 (50). P. 13 673–13 683.
  20. Chen Q., Peto C. A., Shelton G. D. et al., 2009. Loss of modifier of cell adhesion reveals a pathway leading to axonal degeneration // J. Neurosci. Vol. 29 (1). P. 118–130.
  21. Cox L. J., Hengst U., Gurskaya N. G., 2008. Intra-axonal translation and retrograde trafficking of CREB promotes neuronal survival // Nature cell biology. Vol. 10 (2). P. 149–159.
  22. Davis R. C., Maloney M. T., Minamide L. S. et al., 2009. Mapping cofilin-actin rods in stressed hippocampal slices and the role of cdc42 in amyloid-beta-induced rods // J. Alzheimers Dis. Vol. 18 (1). P. 35–50.
  23. Davis R. C., Marsden I. T., Maloney M. T. et al., 2011. Amyloid beta dimers/trimers potently induce cofilin-actin rods that are inhibited by maintaining cofilin-phosphorylation // Mol. Neurodegener. Vol. 6. P. 1 –16.
  24. DiFiglia M, Sapp E, Chase K. et al., 1995. Huntingtin is a cytoplasmic protein associated with vesicles in human and rat brain neurons // Neuron. Vol. 14. P. 1075–1081.
  25. Edelmann L., Spiteri E., Koren K. et al., 2001. AT-rich palindromes mediate the constitutional t (11;22) translocation // Am. J. Hum. Genet. Vol. 68 (1). P. 1–13.
  26. Edwards D. C., Gill G. N., 1999. Structural features of LIM kinase that control effects on the actin cytoskeleton // J. Biol. Chem. Vol. 274 (16). P. 11 352–11 361.
  27. Foletta V. C., Moussi N., Sarmiere P. D. et al., 2004. LIM kinase 1, a key regulator of actin dynamics, is widely expressed in embryonic and adult tissues // Experimental Cell Research. Vol. 294. P. 392–405.
  28. Freeman M. R., Doherty J., 2006 Glial cell biology in Drosophila and vertebrates // Trends Neurosci. 2006 Vol. 29 (2) P. 82–90.
  29. Fuentes-Medel Y., Logan M. A., Ashley J. et al., 2009. Glia and muscle sculpt neuromuscular arbors by engulfing destabilized synaptic boutons and shed presynaptic debris // PLoS Biol. Vol. 7 (8). P. e1000184.
  30. Fulga T. A., Elson-Schwab I., Khurana V. et al., 2007. Abnormal bundling and accumulation of F-actin mediates tau-induced neuronal degeneration in vivo // Nat. Cell Biol. Vol. 9 (2). P. 139–149.
  31. Gao J., Wang W. Y., Mao Y. W. et al., 2010. A novel pathway regulates memory and plasticity via SIRT1 and miR-134 // Nature. Vol. 466 (7310). P. 1105–1114.
  32. Gorovoy M., Niu J., Bernard O. et al., 2005. LIM kinase 1 coordinates microtubule stability and actin polymerization in human endothelial cells // J. Biol. Chem. Vol. 280 (28). P. 26 533–26 542.
  33. Gu J., Lee C. W., Fan Y. et al., 2010. ADF/cofilin-mediated actin dynamics regulate AMPA receptor trafficking during synaptic plasticity // Nat. Neurosci. Vol. 13 (10). P. 1208–1215.
  34. Hayworth C. R., Moody S. E., Chodosh L. A. et al., 2006. Induction of neuregulin signaling in mouse schwann cells in vivo mimics responses to denervation // J. Neurosci. Vol. 26 (25). P. 6873–6884.
  35. Hebert S. S., Horre K., Nicolai L. et al., 2008. Loss of microRNA cluster miR-29a/b-1 in sporadic Alzheimer’s disease correlates with increased BACE1/beta-secretase expression // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 2008. — Vol. 105. — P. 6415–6420.
  36. Heredia L., Helguera P., de Olmos S. et al., 2006. Phosphorylation of actin-depolymerizing factor/cofilin by LIM-kinase mediates amyloid beta-induced degeneration: a potential mechanism of neuronal dystrophy in Alzheimer's disease // J. Neurosci. Vol. 26. P. 6533–6542.
  37. Hess D. M., Scott M. O., Potluri S. et al., 2007. Localization of TrkC to Schwann cells and effects of neurotrophin-3 signaling at neuromuscular synapses // J. Comp. Neurol. Vol. 501 (4). P. 465–482.
  38. Hiraoka J., Okano I., Higuchi O. et al., 1996. Self-association of LIM-kinase 1 mediated by the interaction between an N-terminal LIM domain and a C-terminal kinase domain // FEBS Lett. Vol. 399 (1–2). P. 117–121.
  39. Jang D. H., Han J. H., Lee S. H. et al., 2005. Cofilin expression induces cofilin-actin rod formation and disrupts synaptic structure and function in Aplysia synapses // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2005. Vol. 102 (44). P. 16 072–16 077.
  40. Johnson R., Zuccato C., Belyaev N. D. et al., 2008. A microRNA-based gene dysregulation // Neurobiol. Dis. 2008. Vol. 29 (3). P. 438–445.
  41. Kamyshev N. G., Iliadi K. G., Bragina J. V., 1999. Drosophila conditioned courtship: two ways of testing memory // Learn Mem Vol. 6 (1). P. 1–20.
  42. Kim J., Inoue K., Ishii J. et al., 2007. A MicroRNA feedback circuit in midbrain dopamine neurons // Science. 2007. Vol. 317 (5842). P. 1220–1224.
  43. Kobayashi M., Nishita M., Mishima T. et al., 2006. MAPKAPK-2-mediated LIM-kinase activation is critical for VEGF-induced actin remodeling and cell migration // EMBO J. Vol. 25 (4). P. 713–726.
  44. Konopka W., Schütz G., Kaczmarek L., 2011. The microRNA contribution to learning and memory // Neuroscientist. Vol. 17 (5). P. 468–474.
  45. Kuhn D. E., Nuovo G. J., Martin M. M. et al., 2008. Human chromosome 21-derived miRNAs are overexpressed in Down syndrome brains and hearts // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008. Vol. 370 (3). P. 473–477.
  46. Landles C, Sathasivam K, Weiss A. et al., 2010. Proteolysis of mutant huntingtin produces an exon 1 fragment that accumulates as an aggregated protein in neuronal nuclei in Huntington disease // J. Biol. Chem. Vol. 285. P. 8808–8823.
  47. Lee-Hoeflich S. T., Causing C. G., Podkowa M., 2004. Activation LIMK1 by binding to the BMP receptor, BMPII, regulates BMP-dependent dendritogenesis // EMBO. Vol. 23. P. 4792–4801.
  48. Li R., Soosairajah J., Harari D. et al., 2006. Hsp90 increases LIM kinase activity by promoting its homo-dimerization // FASEB J. Vol. 20. P. 417–425.
  49. Lim M. K., Kawamura T., Ohsawa Y. et al., 2007. Parkin interacts with LIM kinase 1 and reduces its cofilin-phosphorylation activity via ubiquitination // Exp. Cell Res. Vol. 313. P. 2858–2874.
  50. Lindström N., Neves C., McIntosh R. et al., 2010. Tissue specific characterisation of Lim-kinase 1 expression during mouse embryogenesis // Gene Expr. Patterns. Vol. 11 (3–4). P. 221–232.
  51. Liu Z., Sall A., Yang D., 2008. MicroRNA: An emerging therapeutic target and intervention tool // Int. J. Mol. Sci. Vol. 9 (6). P. 978–999.
  52. Maciver S. K., Harrington C. R., 1995. Two actin binding proteins, actin depolymerizing factor and cofilin, are associated with Hirano bodies // Neuroreport. 1995. Vol. 6 (15). P. 1985–1993.
  53. Maloney M. T., Bamburg J. R., 2007. Cofilin-mediated neurodegeneration in Alzheimer's disease and other amyloidopathies // Mol Neurobiol. Vol. 35. (1). P. 21–44.
  54. Manetti F., 2011. LIM Kinases are attractive targets with many macromolecular partners and only a few small molecule regulators // Medicinal Research Reviews. Vol. doi: 10.1002/med.20230. P. 1–31.
  55. Maselli A., Furukawa R., Thomson S. A. M., et al., 2003. Formation of Hirano bodies induced by expression of an actin cross-linking protein with again-of-function mutation // Eukariotic Cell. Vol. 2 (4). P. 778–787.
  56. Masliah E., 2000. The role of synaptic proteins in Alzheimer's disease // Ann. N. Y. Acad. Sci. Vol. 924. P. 68–75.
  57. McBride S. M. J., Giuliani G., Choi C. et al., 1999. Mushroom body ablation impairs short-term memory and long-term memory of courtship conditioning in Drosophila melanogaster // Neuron. Vol. 24 (4). P. 967–977.
  58. Meng Y., Zhang Y., Tregoubov V. et al., 2002. Abnormal spine morphology and enhanced LTP in LIMK-1 knockout mice // Neuron. Vol. 35. P. 121–133.
  59. Minamide L. S., Maiti S., Boyle J. A. et al., 2010. Isolation and Characterization of Cytoplasmic Cofilin-Actin Rods // Journal of biological chemistry. Vol. 285. — P. 5450–5460.
  60. Minamide L. S., Striegl A. M., Boyle J. A. et al., 2000. Neurodegenerative stimuli induce persistent ADF /cofilin-actin rods that disrupt distal neurite function // Nat. Cell Biol. Vol. 2. P. 628–636.
  61. Moloney A., Sattelle D. B., Lomas D. A., Crowther D. C. 2010. Alzheimer's disease: insights from Drosophila melanogaster models // Trends Biochem Sci. Vol. 35 (4). P. 228–235.
  62. Munsie L., Caron N., Atwal R. S. et al., 2011. Mutant huntingtin causes defective actin remodeling during stress: defining a new role for transglutaminase 2 in neurodegenerative disease // Hum. Mol. Genet. Vol. 20 (10). P. 1937–1951.
  63. Nadella K. S., Saji M., Jacob N. K. et al., 2009. Regulation of actin function by protein kinase A-mediated phosphorylation of Limk1 // EMBO Rep. Vol. 10 (6). P. 599–605.
  64. Nagata K., Ohashi K., Yang N., Mizuno K., 1999. The N-terminal LIM domain negatively regulates the kinase activity of LIM-kinase 1 // Biochem. J. Vol. 343 Pt1. P. 99–105.
  65. Packer A. N., Xing Y., Harper S. Q., Jones L., Davidson B. L. et al., 2008. The bifunctional microRNA miR-9/miR-9* regulates REST and CoREST and is downregulated in Huntington's disease // J. Neurosci. 2008. Vol. 28 (53). P. 14 341–14 346.
  66. Perkins D. O., Jeffries C. D., Jarskog L. F. et al., 2007. microRNA expression in the prefrontal cortex of individuals with schizophrenia and schizoaffective disorder // Genome Biol. 2007. Vol. 8 (2). P. R27.
  67. Reddy L. V., Koirala S., Sugiura Y. et al., 2003.Glial cells maintain synaptic structure and function and promote development of the neuromuscular junction in vivo // Neuron. Vol. 40 (3). P. 563–580.
  68. Rivlin P. K., St Clair R. M., Vilinsky I., Deitcher D. L., 2004. Morphology and molecular organization of the adult neuromuscular junction of Drosophila // J. Comp. Neurol. Vol. 468 (4). P. 596–613.
  69. Rosso S., Bollati F., Bisbal M. et al., 2004. LIMK1 regulates goldgi gynamics, traffic of goldgi-derived vesicles, and process extension in primary cultured neurons // Mol. Biol. Cell. Vol. 15. P. 3433–3449.
  70. Schmid A., Sigrist S. J., 2008. Analysis of neuromuscular junctions: histology and in vivo imaging // Methods Mol. Biol. Vol. 420. P. 239–251.
  71. Schratt G. M., Tuebing F., Nigh E. A. et al., 2006. A brain-specific microRNA regulates dendritic spine development // Nature. Vol. 439 (7074). P. 283–289.
  72. Scott R. W., Olson M. F., 2007. LIM kinase: function, regulation and association with human disease // J. Mol. Med. Vol. 85. P. 555–568.
  73. Siegel R. W., Hall J. C., 1979. Conditioned responses in courtship behavior of normal and mutant Drosophila // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 76 (1). P. 3430–3434.
  74. Soosairajah J., Maiti S., Waggan O. et al., 2005. Interplay between components of a novel LIM kinase-slingshot phosphotase complex regulates cofilin // EMBO. Vol. 24. P. 473–486.
  75. Stokin G. B., Goldstein L. S., 2006. Axonal transport and Alzheimer's disease // Annu. Rev. Biochem. Vol. 75. P. 607–627.
  76. Takahashi H., Funakoshi H., Nakamura T., 2003. LIM-kinase as a regulator of actin dynamics in spermatogenesis // Cytogenet Genome Res. Vol. 103 (3–4). P. 290–298.
  77. Tauber E., Eberl D. F., 2001. Song production in auditory mutants of Drosophila: the role of sensory feedback // J. Comp. Physiol. A. Vol. 187 (5). P. 341–348.
  78. Tomiyoshi G., Horita Y., Nishita M. et al., 2004. Caspase-mediated cleavage and activation of LIM-kinase 1 and its role in apoptotic membrane blebbing // Genes Cells. Vol. 9 (6). P. 591–600.
  79. Torroja L., Packard M., Gorczyca M. et al., 1999. The Drosophila beta-amyloid precursor protein homolog promotes synapse differentiation at the neuromuscular junction // J. Neurosci. Vol. 19 (18). P. 7793–7803.
  80. Tully T., 1996. Discovery of genes involved with learning and memory: An experimental synthesis of Hirschian and Benzerian perspectives // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 93 (24). P. 13 460–13 467.
  81. Tully T., Preat T., Boynton S. C., Del Vecchio M., 1994. Genetic dissection of consolidated memory in Drosophila // Cell. Vol. 79 (1). P. 35–47.
  82. Wang H., Hu Y., Tsien J. Z., 2006. Molecular and systems mechanisms of memory consolidation and storage // Prog. Neurobiol. Vol. 79 (3). P. 123–135.
  83. Wang J. Y., Frenzel K. E., Wen D., Falls D. L., 1998. Transmembrane Neuregulins Interact with LIM Kinase 1, a Cytoplasmic Protein Kinase Implicated in Development of Visuospatial Cognition // J. Biol. Chem. Vol. 273. P. 20 525–20 534.
  84. Yang E. J., Yoon J. H., Min do S., Chung K. C., 2004. LIM kinase 1 activates cAMP-responsive element-binding protein during the neuronal differentiation of immortalized hippocampal progenitor cells // J. Biol. Chem. Vol. 279. P. 8903–8910.
  85. Yang N., Higuchi O., Ohashi K. et al., 1998. Cofilin phosphorylation by LIM-kinase 1 and its role in Rac-mediated actin reorganization // Nature. Vol. 393 (6687). P. 809–812.
  86. Yao J., Hennessey T., Flynt A. et al., 2010. MicroRNA-Related Cofilin Abnormality in Alzheimer’s Disease // PLoS ONE. Vol. 5 (12). P. 15 546–15 554.
  87. Yokoo T., Toyoshima H., Miura M. et al., 2003. p57kip2 regulate actin dynamics by binding and translocating LIM-kinase 1 to the nucleus // J. Biol. Chem. Vol. 278. P. 52 919–52 923.

© Каминская А.Н., Медведева А.В., 2013

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах