Введение

В биологии сигнал, направляющийся обратно к своему источнику. Ретроградное сигнализирование в биологии – это процесс, при котором сигнал перемещается от целевого объекта обратно к своему первоначальному источнику. Например, ядро клетки является первоначальным источником для создания сигнальных белков. При ретроградном сигнализировании, вместо того чтобы сигналы исходили из ядра, они направляются в ядро. В клеточной биологии этот тип сигнализации обычно происходит между митохондриями или хлоропластами и ядром. Сигнальные молекулы из митохондрий или хлоропластов воздействуют на ядро, влияя на экспрессию генов ядра. В этом смысле хлоропласты или митохондрии выступают в роли сенсоров внутренних и внешних стимулов, которые активируют сигнальный путь.

В клеточной биологии

Ретроградные сигналы передаются от пластид к ядру у растений и эукариотических водорослей, а также от митохондрий к ядру у большинства эукариот. Ретроградные сигналы обычно рассматриваются как переносчики внутриклеточных сигналов, связанных со стрессом и восприятием окружающей среды. Многие молекулы, участвующие в ретроградной сигнализации, влияют на модификацию транскрипции или непосредственно связываются и действуют как факторы транскрипции. Исход этих сигнальных путей варьируется в зависимости от организма и типа стимула или стресса. Изначально предполагалось, что митохондрии и хлоропласты произошли от фотосинтезирующих бактерий и перенесли часть своей ДНК в защищенное мембраной ядро. Таким образом, некоторые белки, необходимые для функционирования митохондрий или хлоропластов, кодируются генами, расположенными в ядре. Этот перенос ДНК потребовал развития сети коммуникации для адекватного реагирования на внешние и внутренние сигналы и синтеза необходимых белков.

В дрожжах

Первый ретроградный сигнальный путь, обнаруженный в дрожжах, — это путь RTG. Путь RTG играет важную роль в поддержании метаболического гомеостаза дрожжей. Ретроградная сигнализация, исходящая из митохондрий, инициирует выработку предшественников глутамата для обеспечения правильного баланса веществ внутри митохондрий. Ретроградная сигнализация также может останавливать рост при возникновении проблем. У *Saccharomyces cerevisiae*, если митохондрии не развиваются должным образом, рост прекращается до тех пор, пока проблема не будет устранена или не наступит гибель клеток. Эти соединения, которые ранее считались повреждающими клетку, впоследствии были обнаружены как сигнальные молекулы. Реактивные формы кислорода образуются как побочный продукт аэробного дыхания и воздействуют на гены, участвующие в ответе на стресс. Таким образом, окружающие клетки "подготавливаются" к реакции на стресс, поскольку гены, вовлеченные в стрессовый ответ, активируются до того, как клетка столкнется со стрессом.

В нейробиологии

Основная цель ретроградной нейротрансмиссии — регуляция химической нейротрансмиссии. Кроме того, ретроградная сигнализация запускает сигнальный каскад, направленный на пресинаптический нейрон. После запуска ретроградной сигнализации наблюдается увеличение количества потенциалов действия, возникающих в пресинаптическом нейроне, что напрямую воздействует на постсинаптический нейрон, увеличивая число его рецепторов. Эндоканнабиноиды, такие как анандамид, и оксид азота известны как ретроградные мессенджеры. Ретроградная сигнализация также может участвовать в долговременной потенциации (LTP) — предполагаемом механизме обучения и памяти, хотя этот вопрос остаётся спорным.

Формальное определение ретроградного нейротрансмиттера

В 2009 году Regehr и соавторы предложили критерии для определения ретроградных нейротрансмиттеров. Согласно их работе, сигнальная молекула может считаться ретроградным нейротрансмиттером, если она соответствует всем следующим критериям:

Ретроградный нейротрансмиттер, оксид азота (NO), является растворимым газом, который может легко диффундировать через различные клеточные мембраны. Синтаза оксида азота – это фермент, ответственный за синтез NO в различных пресинаптических клетках. В частности, известно, что NO играет критическую роль в долговременной потенциации (LTP), которая важна для хранения памяти в гиппокампе. Кроме того, данные литературы указывают на то, что NO может выступать в роли внутриклеточных посредников в мозге и также оказывать влияние на пресинаптические глутаматергические и ГАМКергические синапсы. Используя ретроградную сигнализацию, эндоканнабиноиды – тип ретроградных нейротрансмиттеров – активируются при связывании с G-белок-связанными рецепторами на пресинаптических терминалях нейронов. Активация эндоканнабиноидов приводит к высвобождению определенных нейротрансмиттеров в возбуждающих и тормозных синапсах нейрона, что в конечном итоге влияет на различные формы пластичности.

Предыстория

Долгосрочная потенциация – это устойчивое увеличение силы химического синапса, которое длится от нескольких часов до нескольких дней. Считается, что она происходит посредством двух последовательных событий, при этом сначала происходит индукция, а затем экспрессия. Также предполагается, что активация вызывает высвобождение предварительно сформированного ретроградного мессенджера. Еще один механизм заключается в том, что синаптические белки могут изменяться под воздействием стимулов, индуцирующих долгосрочную потенциацию, в постсинаптической клетке, и что изменения в конформации этих белков передают эту информацию через синапс в пресинаптическую клетку.

Идентичность посланника

Из этих механизмов наибольшее внимание уделяется гипотезе ретроградного мессенджера. Среди сторонников этой модели существуют разногласия относительно природы ретроградного мессенджера. В начале 1990-х годов активные исследования, направленные на доказательство существования ретроградного мессенджера и установление его идентичности, привели к формированию списка кандидатов, включающего монооксид углерода, фактор активации тромбоцитов, арахидоновую кислоту и оксид азота. Оксид азота долгое время привлекал значительное внимание, однако в последнее время его место заняли адгезионные белки, перекрывающие синаптическую щель и соединяющие пре- и постсинаптические клетки. Эндоканнабиноиды анандамид и/или 2-AG, действующие через каннабиноидные рецепторы, связанные с G-белком, могут играть важную роль в ретроградной передаче сигналов при долговременной потенциации.