Дендритные филоподии

Дендритные филоподии — это небольшие мембранные выступы, которые в основном встречаются на дендритных участках развивающихся нейронов. Эти структуры могут получать синаптический вход и могут развиваться в дендритные шипики . Дендритные филоподии, как правило, изучены хуже, чем дендритные шипики, поскольку их транзиторная природа затрудняет их обнаружение с помощью традиционных методов микроскопии. Подготовка образцов также может разрушить дендритные филоподии. Однако было установлено, что филоподии на дендритных стержнях отличаются от других типов филоподий (даже тех, которые встречаются в дендритных конусах роста) и могут реагировать на стимулы по-разному. ^[1]

Дендритные филоподии тонкие и похожи на волоски. Они определяются как имеющие длину, которая по крайней мере в два раза больше ширины, и они не демонстрируют луковичную головку, обнаруженную на дендритных шипиках . Филоподии лишены большинства клеточных органелл и состоят в основном из актиновых цитоскелетных элементов. Синаптические контакты могут происходить по всей длине филоподий, а не только на конце. ^[2]

Дендритные филоподии могут быть местом синапсов в определенных областях нервной системы. В некоторых типах нейрональных клеток, таких как ганглиозные клетки сетчатки крысы, дендритные шипики отсутствуют, что позволяет предположить, что в этих случаях синаптогенез происходит в первую очередь на дендритных стержнях или на самих филоподиях. Филоподии могут образовывать синапсы с соседними аксонами как по длине филоподии, так и на кончике. ^[2] Синаптическая активность на дендритных филоподиях может изменять их морфологию или вызывать их трансформацию в дендритные шипики (см. трансформация в шипики .)

На ранних стадиях развития нервной системы дендритные стержни в подавляющем большинстве заселены дендритными филоподиями. Постепенно количество филоподий начинает уменьшаться в соответствии с ростом количества шипиков. ^[3] В конце концов, шипики становятся доминирующей структурой на дендритных стержнях, и присутствует лишь несколько филоподий. Филоподии, по-видимому, растут в ответ на локализованные импульсы глутамата, что позволяет предположить, что они могут играть роль в управлении дендритным ветвлением.

Можно легко наблюдать, как дендритные филоподии трансформируются в дендритные шипики . Было высказано предположение, что филоподии могут представлять собой предшественников дендритных шипиков и что их скоротечность и подвижность могут позволить выбирать синаптических партнеров. Выбор синаптических партнеров может зависеть от обнаруженной синаптической активности в непосредственной близости от филоподия. Локализованная глутаматная сигнализация в области дендритных филоподий вызывает увеличение длины филоподий, тогда как блокирование рецепторов глутамата уменьшает количество дендритных филоподий. ^[1] Таким образом, дендритные филоподии могут использоваться постсинаптическими клетками для обнаружения проходящих аксонов. После установления контакта между дендритным филоподием и соседним аксоном филоподий втягивается, а головка начинает набухать, приобретая более шиповидную морфологию. На этой стадии синапс считается созревшим и воспринимается как более стабильный.

Хотя наблюдалось, что дендритные филоподии становятся дендритными шипиками , процесс, посредством которого это происходит, неизвестен. Исследования показали, что филоподии могут проходить более одной стадии развития, прежде чем стать шипиками , и что кластеризация определенных белков, таких как Drebrin, может использоваться для определения зрелости филоподий. ^[3] Зрелые шипики содержат обогащение белком PSD95 в головках шипиков, и PSD95 часто используется в качестве индикатора зрелости шипиков. Однако дендритные филоподии могут приобретать морфологию, похожую на шипики, даже без белков постсинаптической плотности, что указывает на ремоделирование актина как на основной процесс, ответственный за развитие шипиков из филоподий. Анализ цитоскелета шипиков по сравнению с филоподиями показал, что морфология, похожая на шипики, связана с большим количеством разветвленных актиновых нитей. Поэтому белки, которые взаимодействуют с комплексом arp2/3, а также F-актин, изучаются на предмет участия в этом процессе. Поскольку филоподии также чувствительны к локальным концентрациям глутамата , белки, взаимодействующие с рецепторами NMDA в дендритных филоподиях, также являются кандидатами на регуляцию этого процесса.

Исследования показали, что на зрелых дендритных участках синаптическая активность, опосредованная NMDAR, может стимулировать рост новых филоподий, которые впоследствии могут развиться в зрелые шипиковые синапсы. ^[4] Это открытие представляет собой возможную роль дендритных филоподий в синаптической пластичности , поскольку филоподии могут служить предшественниками зрелых синапсов даже в зрелых нейронах.

Хотя дендритные филоподии не играют четкой роли в каком-либо конкретном заболевании, аномально большое количество филоподий было обнаружено в мозге пациентов с расстройствами аутистического спектра. Этот фенотип с большим количеством филоподий и малым количеством шипиков может быть вызван неспособностью филоподий должным образом созреть в шипики. Было показано, что мутации в гене SHANK3 вызывают фенотипы, похожие на те, которые наблюдаются в мозге пациентов с этими расстройствами. ^[5]