Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1084410.32607/20758251-2019-11-2-54-62Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleSeptin Polymerization Slows Synaptic Vesicle Recycling in Motor Nerve EndingsПолимеризация септинов замедляет рециклирование синаптических везикул в двигательном нервном окончанииGrigoryevP. N.ГригорьевП. Н.
Russian Federation
zefiroval@rambler.ruKhisamievaG. A.ХисамиеваГ. А.
Russian Federation
zefiroval@rambler.ruZefirovA. L.ЗефировА. Л.
Russian Federation
zefiroval@rambler.ruKazan State Medical UniversityКазанский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации15062019112VOL 11, NO2 (2019)ТОМ 11, №2 (2019)546221012020Copyright ©; 2019, Grigoryev P.N., Khisamieva G.A., Zefirov A.L.Copyright ©; 2019, Григорьев П.Н., Хисамиева Г.А., Зефиров А.Л.2019Grigoryev P.N., Khisamieva G.A., Zefirov A.L.Григорьев П.Н., Хисамиева Г.А., Зефиров А.Л.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10844

Septins are GTP-binding proteins recognized as a component of the cytoskeleton. Despite the fact that septins are highly expressed by neurons and can interact with the proteins that participate in synaptic vesicle exocytosis and endocytosis, the role of septins in synaptic transmission and the synaptic vesicle recycling mechanisms is poorly understood. In this study, neurotransmitter release and synaptic vesicle exocytosis and endocytosis were investigated by microelectrode intracellular recording of end-plate potentials and fluorescent confocal microscopy in mouse diaphragm motor nerve endings during septin polymerization induced by forchlorfenuron application. It was shown that forchlorfenuron application reduces neurotransmission during prolonged high-frequency (20 and 50 pulses/s) stimulation. Application of pairs of short high-frequency stimulation trains showed that forchlorfenuron slows the replenishment of the readily releasable pool. Forchlorfenuron enhanced FM 1-43 fluorescent dye loading by synaptic vesicle endocytosis but decreased dye unloading from the preliminarily stained nerve endings by synaptic vesicle exocytosis. It was concluded that the septin polymerization induced by forchlorfenuron application slows the rate of synaptic vesicle recycling in motor nerve endings due to the impairment of synaptic vesicle transport.

Септины - наименее изученный элемент цитоскелета, входят в состав консервативного, недавно открытого семейства GTP-связывающих белков. Септины экспрессируются нейронами и взаимодействуют с целым рядом белков, принимающих участие в процессах экзо-эндоцитоза синаптических везикул. Однако наши знания о роли септинов в механизмах синаптической передачи и пресинаптического везикулярного цикла недостаточны. В опытах на двигательных нервных окончаниях диафрагмы мыши с использованием внутриклеточного микроэлектродного отведения постсинаптических сигналов, флуоресцентной конфокальной микроскопии и красителя FM 1-43 исследованы процессы секреции медиатора и экзо-эндоцитоза синаптических везикул в условиях стимуляции полимеризации септинов форхлорфенуроном. Обнаружено, что аппликация форхлорфенурона приводит к усилению депрессии секреции медиатора в процессе дли тельного высокочастотного раздражения (20 и 50 имп/с). Раздражение двумя короткими высокочастотными пачками импульсов показало, что форхлорфенурон вызывает снижение скорости восполнения запаса готового к освобождению медиатора. На фоне действия форхлорфенурона в нервном окончании увеличивалось количество везикул, захвативших краситель во время эндоцитоза, замедлялся темп выброса флуоресцентного красителя в предварительно загруженных FM 1-43 нервных окончаниях при экзоцитозе. Сделано заключение, что стимуляция полимеризации септинов форхлорфенуроном приводит к замедлению рециклирования (повторного использования) синаптических везикул в двигательных нервных окончаниях, связанного с нарушением процессов везикулярного транспорта.

motor nerve endingneurotransmitter releasesynaptic vesicle cycleseptinsforchlorfenuronвезикулярный циклдвигательное нервное окончаниесекреция медиаторасептиныфорхлорфенуронThis work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grant no. 17-04-01870-a) and the Russian Science Foundation (grant no. 14-15-00847-P) (in the part of conducting the experimental modeling of disruption of synaptic vesicle recycling).Работа поддержана грантом РФФИ № 17-04-01870-а, а также грантом Российского научного фонда № 14-15-00847- П (в части реализации научно-методических аспектов экспериментального моделирования нарушений процессов рециклирования синаптических везикул).[1] Gan Q., Watanabe S. // Front. Cell Neurosci. 2018, V.12, 171[2] Zefirov A.L. // Ross Fiziol Zh Im I M Sechenova. 2007, V.93, №5, P.544-562[3] Rizzoli S.O., Betz W.J. // Nat. Rev. Neurosci. 2005, V.6, №1, P.57-69[4] Byers B., Goetsch L. // J. Cell. Biol. 1976, V.69, P.717-721[5] Mostowy S., Cossart P. // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2012, V.13, №3, P.183-194[6] Hall P.A., Russell S.E. // J. Pathol. 2004, V.204, P.489-505[7] Tsang C.W., Estey M.P., DiCiccio J.E., Xie H., Patterson D., Trimble W.S. // Biol. Chem. 2011, V.392, №8-9, P.739-749[8] Tada T., Simonetta A., Batterton M., Kinoshita M., Edbauer D., Sheng M. // Curr. Biol. 2007, V.17, №20, P.1752-1758[9] Xie Y., Vessey J.P., Konecna A., Dahm R., Macchi P., Kiebler M.A. // Curr. Biol. 2007, V.17, №20, P.1746-1751[10] Yang Y.M., Fedchyshyn M.J., Grande G., Aitoubah J., Tsang C.W., Xie H., Ackerley C. A., Trimble W.S., Wang L.Y. // Neuron. 2010, V.67, P.100-115[11] Kinoshita A., Noda M., Kinoshita M. // J. Comp. Neurol. 2000, V.428, №2, P.223-239[12] Tokhtaeva E., Capri J., Marcus E.A., Whitelegge J.P., Khuzakhmetova V., Bukharaeva E., Deiss-Yehiely N., Dada L.A., Sachs G., Fernandez-Salas E. // J. Biol. Chem. 2015, V.290, №9, P.5280-5297[13] Beites C.L., Campbell K.A., Trimble W.S. // Biochem. J. 2015, V.385, Pt2, P.347-353[14] Ito H., Atsuzawa K., Morishita R., Usuda N., Sudo K., Iwamoto I., Mizutani K., Katoh-Semba R., Nozawa Y., Asano T., Nagata K. // J. Neurochem. 2009, V.108, №4, P.867-880[15] Khuzakhmetova V., Nurullin L., Bukharaeva E. // BioNanoSci. 2016, V.6, P.249-251[16] Maimaitiyiming M., Kobayashi Y., Kumanogoh H., Nakamura S., Morita M., Maekawa S. // Neurosci. Lett. 2013, V.534, P.322-326[17] Zhang J., Kong C., Xie H., McPherson P.S., Grinstein S., Trimble W.S. // Curr. Biol. 1999, V.9, P.1458-1467[18] Krauss M., Haucke V. // Rev. Physiol. Biochem. Pharmacol. 2011, V.161, P.45-66[19] Hu Q., Nelson W.J., Spiliotis E.T. // J. Biol. Chem. 2008, V.283, №43, P.29563-29571[20] del Castillo J., Katz B. // J. Physiol. 1954, V.124, P.560-573[21] McLachlan E.M., Martin A.R. // J. Physiol. 1981, V.311, P.307-324[22] Betz W.J., Bewick G.S., Ridge R.M. // Neuron. 1992, V.9, №5, P.805-813[23] Zefirov A.L., Grigoryev P.N., Petrov A.M., Minlebaev M.G., Sitdikova G.F. // Tsitologiia. 2003, V.45, №12, P.1163-1171[24] Zefirov A.L., Abdrakhmanov M.M., Mukhamedyarov M.A., Grigoryev P.N. // Neuroscience. 2006, V.143, №4, P.905-910[25] Ruiz R., Cano R., Casanas J.J., Gaffield M.A., Betz W.J., Tabares L. // J. Neurosci. 2011, V.31, №6, P.2000-2008[26] Zefirov A.L. // Bull. Exp. Biol. Med. 1985, V.98, №5, P.1462-1465[27] Zefirov AL., Zakharov AV., Mukhametzianov RD., Petrov AM., Sitdikova GF. // Ross Fiziol Zh Im I M Sechenova. 2008, V.94, №2, P.129-141[28] Grigoryev P.N., Zefirov A.L. // Acta Naturae. 2015, V.7, №3, P.81-88[29] Bridges A.A., Zhang H., Mehta S.B., Occhipinti P., Tani T., Gladfelter A.S. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014, V.111, №6, P.2146-2151[30] Vagin O., Tokhtaeva E., Garay P. E., Souda P., Bassilian S., Whitelegge J.P., Lewis R., Sachs G., Wheeler L., Aoki R. // J. Cell. Sci. 2014, V.127, P.3294-3308[31] Wasik A.A., Polianskyte-Prause Z., Dong M.Q., Shaw A.S., Yates J.R. 3rd., Farquhar M. G., Lehtonen S. // Mol. Biol. Cell. 2012, V.23, P.3370-3379[32] Ghossoub R., Hu Q., Failler M., Rouyez M.C., Spitzbarth B., Mostowy S., Wolfrum U., Saunier S., Cossart P., Jamesnelson W. // J. Cell. Sci. 2013, V.126, P.2583-2594[33] Kim S.K., Shindo A., Park T.J., Oh E.C., Ghosh S., Gray R.S., Lewis R.A., Johnson C.A., Attie-Bittach T., Katsanis N. // Science. 2010, V.329, P.1337-1340[34] Mostowy S., Danckaert A., Tham T.N., Machu C., Guadagnini S., Pizarro-Cerdá J., Cossart P. // J. Biol. Chem. 2009, V.284, P.11613-11621[35] Ihara M., Yamasaki N., Hagiwara A., Tanigaki A., Kitano A., Hikawa R., Tomimoto H., Noda M., Takanashi M., Mori H. // Neuron. 2007, V.53, №4, P.519-533[36] Tsang C.W., Fedchyshyn M., Harrison J., Xie H., Xue J., Robinson P.J., Wang L.Y., Trimble W.S. // Mol. Cell. Biol. 2008, V.28, №23, P.7012-7029[37] Xue J., Tsang C.W., Gai W.P., Malladi C.S., Trimble W.S., Rostas J.A., Robinson P.J. // J. Neurochem. 2004, V.91, №3, P.579-590[38] Kinoshita M., Field C.M., Coughlin M.L., Straight A.F., Mitchison T.J. // Dev. Cell. 2002, V.3, №6, P.791-802[39] Joo E., Surka M.C., Trimble W.S. // Dev. Cell. 2007, V.13, №5, P.677-690[40] Miki T., Malagon G., Pulido C., Llano I., Neher E., Marty A. // Neuron. 2016, V.91, №4, P.808-823[41] Grigoryev P.N., Zefirov A.L. // Dokl. Biol. Sci. 2016, V.470, №1, P.217-219[42] Hayashida M., Tanifuji S., Ma H., Murakami N., Mochida S. // J. Neurosci. 2015, V.35, №23, P.8901-8913