В то же время, важно понять что самые разнообразные гены являются целями всех четырех путей сигнальной передачи. Они варьируются от генов, которые производят синтетические ферменты для нейротрансмиттеров, до факторов роста, белков цитоскелета, клеточных адгезионных белков, ионных каналов, рецепторов и внутриклеточных сигнальных белков, среди многих других. Когда гены экспрессируются любым из путей сигнальной передачи, которые показанны на Рисунке 1-11, это может привести к созданию большего или меньшего количества копий любого из этих белков. Синтез таких белков, очевидно, является критическим аспектом с помощью которых нейрон, выполняет множество разнообразных функций. Множество биологических действий осуществляются внутри нейронов, которые изменяют поведение индивидуумов из-за экспрессии генов, вызванной с участием четырех основных каскадов сигнальной трансдукции. Эти функции включают синаптогенез, усиление синапса, нейрогенез, апоптоз, увеличение или уменьшение эффективности обработки информации в кортикальном цикле, поведенческие ответы, такие как обучение, память, отклик на антидепрессанты, редукция симптомов с помощью психотерапии, и, возможно, даже возникновение психического заболевания.
Как нейропередача запускает экспрессию генов
Как ген экспрессирует белок, который он кодирует? Выше уже обсуждалось то, как молекулярный “пони-экспресс” сигнальной трансдукции содержащий закодированное сообщение с химической информацией от медиатор-рецепторного комплекса, которое передается от молекулярного всадника до молекулярного всадника, пока сообщение не будет доставлено на соответствующий почтовый ящик для фосфопротеинов (Рисунок 1-9 и от 1-16 до 1-19) или почтовый ящик DNA в постсинаптический геном нейрона (Рисунок 1-11 и от 1-20 до 1-30). Поскольку самый мощный способ изменения функции нейрона, состоит в том, чтобы включить или выключить определенные гены, важно понимать молекулярные механизмы, посредством которых нейропередача регулирует экспрессию генов.
Сколько потенциальных генов могут быть целью нейротрансмиссии? По предполагаемым оценкам, геном человека содержит приблизительно от 20 000 до 30 000 генов, расположенных внутри 3 миллионов пар оснований DNA на 23 хромосомах. Невероятно, однако, гены занимают лишь несколько процентов этой DNA. Другие 97% обычно называются “мусором” DNA, поскольку они не кодируют белки, но известно что эти участки DNA имеют решающее значение в регулировании состояния гена, будет ли он экспрессированым или “заглушенным”. Это не просто количество генов которые мы имеем, но каким образом, когда, как часто и при каких обстоятельствах они экспрессируются, что является важным фактором регулирования нейрональной функции. Эти же факторы генной экспрессии, как предполагается, также лежат в основе действий психофармакологических препаратов и механизмов психических расстройств в центральной нервной системе.
Молекулярный механизм экспрессии генов
Химическая нейропередача преобразует захват рецептора с помощью нейромедиатора в создание третьего, четвертого и последующих мессенджеров, которые в конечном итоге активируют факторы транскрипции, которые включают гены (Рисунок от 1-20 до 1-30). Большинство генов имеют два региона, кодирующий регион и регуляторный регион с энхансерами и промоторами генной транскрипции (Рисунок 1-20). Кодирующий регион является прямым шаблоном, для создания соответствующих RNA. DNA может быть транскрибирована в RNA с помощь фермента под названием РНК-полимераза. Однако, РНК-полимеразу необходимо активировать или она не будет работать.
К счастью, это может сделать регуляторная область гена. Она имеет энхансер и промотор (Рисунок 1-20), который может инициировать экспрессию гена с помощью факторов транскрипции (Рисунок 1-21). Сами транскрипционные факторы могут активироватся, когда они фосфорилированы, что позволяет их связывать с регуляторной областью гена (Рисунок 1-21). Это, в свою очередь, активирует РНК-полимеразу и мы уходим, с кодирующей части гена транскрибируя ее в свою mRNA (Рисунок 1-22). После транскрипции, конечно, RNA транслируется в соответствующий белок (Рисунок 1-22). Некоторые гены известны как немедленные ранние гены (Рисунок 1-23). У них странные имена такие как cJun и cFos (Рисунки 1-24 и 1-25) и они принадлежат к семейству под названием “лейциновые молнии” (Рисунок 1-25). Эти немедленные ранние гены функционируют как операторы быстрого реагирования на ввод нейротрансмиттера, как войска спецподразделений, быстро посылаемые в бой и опережающие целую армию. Такое быстрое развертывание сил немедленных ранних генов является первой реакцией на сигнал нейротрансмиссии посредством производства белков, которые они кодируют. В этом примере, это белки Jun и Fos, поступающие из cJun и cFos генов (Рисунок 1-24). Это ядерные белки; то есть они живут и работают в ядре. Они стартуют в течение 15 минут после получения нейропередачи, но процесс длится всего от получаса до часа (Рисунок 1-10).