Expression mechanisms of genes related with late phase of long term potentiation (LTP).

Zjawisko długotrwałego wzmocnienia synaptycznego (LTP) jest charakterystycznym dla komórek nerwowych sposobem dostosowania swojego metabolizmu i aktywności do zmieniających się warunków otoczenia. Istnieją przesłanki świadczące o jego znaczącej roli w plastyczności neuronalnej, będącej podstawą przyswajania informacji przez układ nerwowy i uczenia się. LTP można podzielić na trzy fazy: natychmiastową (I-LTP), wczesną (E-LTP) oraz późną (L-LTP), z których każda różni się od pozostałych aktywnością białek oraz profilem ekspresji genów. Spośród nich tylko L-LTP jest fazą zależną od transkrypcji genów i syntezy określonych białek de novo. Wydaje się szczególnie interesująca ze względu na przypuszczenia, że odpowiada za fenomen wielotygodniowego, a w przypadku wyższych kręgowców nawet wieloletniego utrzymywania informacji w postaci pamięci długotrwałej. Długotrwałe zmiany w profilu ekspresji genów komórki w odpowiedzi na zewnętrzny bodziec mogą być osiągnięte przez wiele szlaków wtórnych przekaźników oraz kinaz i fosfataz białkowych, które wzajemnie ze sobą oddziałują i są ze sobą zintegrowane. Są to między innymi szlaki zależne od CREB, BDNF, ERK/MAPK oraz mTOR. Ich głównym zadaniem jest przekazanie i przetworzenie informacji, jaką otrzymuje neuron, od receptora aż do jądra komórkowego, gdzie odebrany sygnał skutkuje zmianą w ekspresji genów, syntezą nowych białek, a przez to L-LTP. W poniższej pracy omówione zostały kolejne etapy funkcjonowania tych szlaków oraz charakterystyka produktów białkowych genów, których ekspresja jest przez te szlaki indukowana, takich jak Zif268, Homer 1a, Arc, PKMζ, PSD-95, c-fos oraz activin βA.

The phenomenon of long-term potentiation (LTP) is a way of adjusting the cell’s metabolism and activity to changing environment, which is specific for neurons. There are indications of its substantial role in neuronal plasticity, which underlies the capability of nervous system of learning and assimilating new information. LTP can be divided in three phases: immediate (I-LTP), early (E-LTP) and late (L-LTP) phase. Every each of them differs from one another by the cell’s proteins’ activity and gene expression profile. Among them only L-LTP is dependent on de novo gene transcription and protein synthesis. It seems to be exceptionally interesting due to some evidence that it can be responsible for the phenomenal ability of nervous system to store information for many weeks or even years, like in some advanced group of vertebrates, called long term memory (LTM). Permanent changes in the cell’s gene expression profile induced by an extracellular signal can be achieved by the activity of many second messenger-pathways or protein kinases and phosphatases, which interact and complete each other. Among them there are pathways including CREB, BDNF, ERK/MAPK or mTOR. Their main function is to mediate and transform the signal which neuron receives, from receptors to nucleus, where the received signal results in modifications in gene expression, new protein synthesis, and eventually in L-LTP. The following thesis includes description of consecutive steps of mechanisms, in which these pathways function and characteristics of some of gene products, which synthesis is induced as a result, such as Zif268, Homer 1a, Arc, PKMζ, PSD-95, c-fos and activin βA.