发育轴突竞争和突触消除过程中神经肌肉接头中的脑源性神经营养因子 (BDNF) 信号传导

doi:10.4103/1673-5374.391314

摘要/Abstract

摘要：

https://orcid.org/0000-0003-4795-4103 (Maria A. Lanuza); https://orcid.org/0000-0002-0406-0006 (Josep Tomàs)

Abstract: During the development of the nervous system, there is an overproduction of neurons and synapses. Hebbian competition between neighboring nerve endings and synapses performing different activity levels leads to their elimination or strengthening. We have extensively studied the involvement of the brain-derived neurotrophic factor-Tropomyosinrelated kinase B receptor neurotrophic retrograde pathway, at the neuromuscular junction, in the axonal development and synapse elimination process versus the synapse consolidation. The purpose of this review is to describe the neurotrophic influence on developmental synapse elimination, in relation to other molecular pathways that we and others have found to regulate this process. In particular, we summarize our published results based on transmitter release analysis and axonal counts to show the different involvement of the presynaptic acetylcholine muscarinic autoreceptors, coupled to downstream serine-threonine protein kinases A and C (PKA and PKC) and voltage-gated calcium channels, at different nerve endings in developmental competition. The dynamic changes that occur simultaneously in several nerve terminals and synapses converge across a postsynaptic site, influence each other, and require careful studies to individualize the mechanisms of specific endings. We describe an activity-dependent balance (related to the extent of transmitter release) between the presynaptic muscarinic subtypes and the neurotrophin-mediated TrkB/p75NTR pathways that can influence the timing and fate of the competitive interactions between the different axon terminals. The downstream displacement of the PKA/PKC activity ratio to lower values, both in competing nerve terminals and at postsynaptic sites, plays a relevant role in controlling the elimination of supernumerary synapses. Finally, calcium entry through L- and P/Q- subtypes of voltagegated calcium channels (both channels are present, together with the N-type channel in developing nerve terminals) contributes to reduce transmitter release and promote withdrawal of the most unfavorable nerve terminals during elimination (the weakest in acetylcholine release and those that have already become silent). The main findings contribute to a better understanding of punishment-rewarding interactions between nerve endings during development. Identifying the molecular targets and signaling pathways that allow synapse consolidation or withdrawal of synapses in different situations is important for potential therapies in neurodegenerative diseases.

Key words: acetylcholine release, adenosine receptors, axonal competition, brain-derived neurotrophic factor, calcium channels, motor end-plate, muscarinic acetylcholine receptors, postnatal synapse elimination, serine kinases, tropomyosin-related kinase receptorB

发育轴突竞争和突触消除过程中神经肌肉接头中的脑源性神经营养因子 (BDNF) 信号传导[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2024, 20(2): 394-401.

Josep Tomàs, Víctor Cilleros-Mañé, Laia Just-Borràs, Marta Balanyà-Segura, Aleksandra Polishchuk, Laura Nadal, Marta Tomàs, Carolina Silvera-Simón, Manel M. Santafé, Maria A. Lanuza. Brain-derived neurotrophic factor signaling in the neuromuscular junction during developmental axonal competition and synapse elimination[J]. Neural Regeneration Research, 2024, 20(2): 394-401.

参考文献

引言

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《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

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延伸阅读

Neural Regen Res：西班牙罗维拉维尔吉利大学Maria A. Lanuza团队认为识别在不同情况下允许突触巩固或撤销的分子靶点和信号通路对神经退行性疾病潜在疗法非常重要

在神经系统的发育过程中，神经元和突触产生过量。相邻神经末梢和突触之间的赫布竞争导致它们被消除或增强。大量研究探讨了脑源性神经营养因子-原肌球蛋白相关激酶 B 受体 (BDNF-TrkB) 神经营养的逆行途径在神经肌肉接头处参与轴突发育和突触消除过程与突触巩固过程的情况。

来自西班牙罗维拉维尔吉利大学的Maria A. Lanuza团队描述了神经营养对发育过程中突触消除的影响，以及调控这一过程的其他分子途径。研究者们总结了已发表的基于递质释放分析和轴突计数的结果，表明在发育竞争中，突触前乙酰胆碱毒蕈碱自受体与下游丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶 A 和 C（PKA 和 PKC）以及不同神经末梢的电压门控钙通道耦合。同时发生在多个神经末梢和突触中的动态变化在突触后部位汇聚，相互影响，需要仔细研究才能确定特定末梢的个体化机制。研究者们描述了突触前毒蕈碱亚型和神经营养素介导的 TrkB/p75NTR 通路之间与活动相关的平衡（与递质释放程度有关），这种平衡可影响不同轴突末端之间竞争性相互作用的时间和命运。在竞争神经末梢和突触后位点，PKA/PKC 活性比值向较低值的下游位移在控制多余突触的消除方面发挥了相关作用。最后，钙离子通过电压门控钙通道的 L 型和 P/Q 型（这两种通道以及 N 型通道存在于发育中的神经末梢）进入神经末梢，有助于减少递质的释放，并促进淘汰最不利神经末梢（乙酰胆碱释放最弱的末梢和已经沉默的末梢）。其所描述的发现有助于更好地理解神经末梢在发育过程中的惩罚-奖赏相互作用。识别在不同情况下允许突触巩固或撤销的分子靶点和信号通路，对于神经退行性疾病的潜在疗法非常重要。

文章在《中国神经再生研究（英文版）》杂志2025年2月2期发表。