thumb|Dendrita postsinaptică (verde) și neuronul presinaptic (galben) implicați în neurotransmisia retrogradă. thumb|Buclă de feedback întâlnită în semnalizarea neurologică retrogradă.
Semnalizarea retrogradă în biologie este procesul prin care un semnal călătorește înapoi de la o sursă țintă către sursa sa originală. Neuronii utilizează axoni extinși care se află departe de corpul celular și de dendrite; prin intermediul endozomilor de semnalizare retrogradă, comunicarea devine posibilă. Acest proces are loc din partea distală a axonului, semnalele călătorind apoi către corpul celular. De obicei, nucleul unei celule este sursa originală care produce proteine de semnalizare. Totuși, în semnalizarea retrogradă, în loc ca semnalele să părăsească nucleul, ele sunt trimise către nucleu. În special în biologia celulară, acest tip de semnalizare are loc de obicei între mitocondrii sau cloroplast și nucleu. Moleculele de semnalizare provenite din mitocondrii sau cloroplast acționează asupra nucleului pentru a influența expresia . În acest sens, cloroplastul sau mitocondriile acționează ca senzori pentru stimuli interni și externi care activează o cale de semnalizare.
În neuroștiințe, semnalizarea retrogradă (sau neurotransmisia retrogradă) se referă mai specific la procesul prin care un mesager retrograd, precum sau oxid nitric, este eliberat de o dendrită postsinaptică sau de , traversând „înapoi” o sinapsă chimică pentru a se lega de butonul terminal al unui neuron presinaptic.
În biologia celulară Semnalele retrograde sunt transmise de la plastide către nucleu la plante și alge eucariote, și de la mitocondrii către nucleu la majoritatea eucariotelor. Semnalele retrograde sunt considerate în general că transmit semnale intracelulare legate de stres și detectarea mediului. Multe dintre moleculele asociate cu semnalizarea retrogradă acționează prin modificarea transcripției sau prin legarea directă și acționarea ca . Rezultatele acestor căi de semnalizare variază în funcție de organism și de stimul sau stres. În plus, oxilipinele sunt compuși derivați din oxidarea acizilor grași polinesaturați. Acești compuși sunt esențiali în semnalizarea retrogradă când au loc semnalări redox și hormonale, rezultând în controlul dezvoltării plantelor și al răspunsurilor la stres.
Evoluție Se consideră că semnalizarea retrogradă a apărut după endocitoza mitocondriilor și cloroplastelor cu miliarde de ani în urmă. Inițial considerate bacterii fotosintetice, mitocondriile și cloroplastul au transferat o parte din ADN-ul lor către nucleul protejat de membrană. Astfel, o parte din proteinele necesare pentru mitocondrii sau cloroplast se află în nucleu. Acest transfer de ADN a necesitat o rețea de comunicare pentru a răspunde corect la semnale externe și interne și a produce proteinele necesare.
La drojdie Prima cale de semnalizare retrogradă descoperită la drojdie a fost calea RTG, care joacă un rol important în menținerea homeostaziei metabolice a drojdiei. În condiții de resurse limitate, mitocondriile trebuie să mențină echilibrul de glutamat pentru ciclul acidului citric. Semnalizarea retrogradă de la mitocondrii inițiază producerea de precursori ai glutamatului pentru a echilibra corect rezervele din mitocondrii. Semnalizarea retrogradă poate acționa și pentru a opri creșterea dacă apar probleme. La , dacă mitocondriile nu se dezvoltă corect, creșterea se oprește până la rezolvarea problemei sau până la inducerea morții celulare. Acest mecanism este vital pentru menținerea homeostaziei celulare și funcționarea corectă a mitocondriilor.
La plante Cloroplastele în dezvoltare controlează expresia genelor nucleare prin semnalizare retrogradă biogenică. Perturbarea dezvoltării cloroplastelor afectează expresia nucleară a mii de gene, inclusiv Represia Genelor Nucleare Asociate Fotosintezei (PhANGs). Se propune că biogeneza cloroplastelor generează normal semnale specifice etapei care permit celulelor să progreseze prin etape distincte ale diferențierii fotosintetice. Dacă semnalele lipsesc, celulele rămân „blocate” în stări juvenile, ceea ce împiedică inducerea genelor tardive. Aspectul juvenil al transcriptomului depinde de punctul în care dezvoltarea este blocată.
Una dintre cele mai studiate molecule de semnalizare retrogradă la plante sunt (ROS). Acești compuși, considerați anterior dăunători celulei, s-au dovedit a acționa ca molecule de semnalizare. Speciile reactive de oxigen sunt produse ca subprodus al respirației aerobe și acționează asupra genelor implicate în răspunsul la stres. În funcție de stres, ROS pot acționa asupra celulelor vecine pentru a iniția un semnal local. Astfel, celulele învecinate sunt „pregătite” să reacționeze la stres, deoarece genele de răspuns la stres sunt activate înainte de întâlnirea stresului. Cloroplastul poate acționa și ca senzor pentru răspunsul la patogeni și secetă. Detectarea acestor stresuri induce formarea de compuși care acționează asupra nucleului pentru a produce gene de rezistență la patogeni sau toleranță la secetă.
În neuroștiințe Scopul principal al neurotransmisiei retrograde este reglarea chimice. De aceea, neurotransmisia retrogradă permite circuitelor neuronale să creeze bucle de feedback. În plus, neurotransmisia retrogradă servește în principal la reglarea neurotransmisiei anterograde tipice, mai degrabă decât la distribuirea de informații – fiind similară cu neurotransmisia electrică.
Spre deosebire de neurotransmițătorii convenționali (anterograzi), neurotransmițătorii retrograzi sunt sintetizați în neuronul postsinaptic și se leagă de receptori de pe butonul terminal al neuronului presinaptic. În plus, semnalizarea retrogradă inițiază o cascadă de semnalizare care se concentrează asupra neuronului presinaptic. Odată inițiată, crește numărul de potențiale de acțiune în neuronul presinaptic, ceea ce influențează direct neuronul postsinaptic prin creșterea numărului de receptori ai acestuia.
Endocanabinoizii precum sunt cunoscuți ca acționând ca mesageri retrograzi – la fel și oxidul nitric.
Semnalizarea retrogradă poate juca un rol și în (LTP), un mecanism propus al învățării și memoriei, deși acest lucru rămâne controversat.
Definiție formală a unui neurotransmițător retrograd În 2009, Regehr et al. au propus criterii pentru definirea neurotransmițătorilor retrograzi. Conform acestora, o moleculă de semnalizare poate fi considerată neurotransmițător retrograd dacă îndeplinește toate criteriile următoare: Mașinăria necesară pentru sinteza și eliberarea mesagerului retrograd trebuie să se afle în neuronul postsinaptic Perturbarea sintezei și/sau eliberării mesagerului din neuronul postsinaptic trebuie să împiedice semnalizarea retrogradă Țintele corespunzătoare pentru mesagerul retrograd trebuie să se afle în butonul presinaptic Perturbarea țintelor mesagerului retrograd din butonii presinaptici trebuie să elimine semnalizarea retrogradă Expunerea butonului presinaptic la mesager trebuie să mimeze semnalizarea retrogradă, cu condiția ca prezența mesagerului retrograd să fie suficientă În cazurile în care mesagerul retrograd nu este suficient, asocierea celorlalți factori cu semnalul retrograd trebuie să mimeze fenomenul
Tipuri de neurotransmițători retrograzi Cei mai răspândiți neurotransmițători retrograzi endogeni sunt oxidul nitric și diferiți endocanabinoizi, care sunt liganzi lipofili.
Neurotransmițătorul retrograd oxidul nitric (NO) este un gaz solubil care difuzează ușor prin membranele celulare. este enzima responsabilă de sinteza oxidului nitric în diverse celule presinaptice. Oxidul nitric joacă un rol critic în LTP, esențial pentru stocarea memoriei în hipocamp. De asemenea, poate acționa ca mesager intracelular în creier și influențează sinapsele glutamatergice și GABAergice presinaptice.
Utilizând semnalizarea retrogradă, endocanabinoizii sunt activați prin legarea de receptori cuplați cu proteine G de pe terminalele presinaptice. Activarea lor duce la eliberarea de neurotransmițători specifici la sinapsele excitatoare și inhibitoare, influențând diferite forme de plasticitate.
Semnalizarea retrogradă în potențarea pe termen lung
În contextul LTP, semnalizarea retrogradă este o ipoteză care descrie modul în care evenimentele anterioare LTP pot începe în neuronul postsinaptic dar se propagă către neuronul presinaptic, deși comunicarea normală peste o sinapsă chimică are loc de la presinaptic la postsinaptic. Este utilizată mai ales de cei care susțin că neuronii presinaptici contribuie semnificativ la expresia LTP.
Context Potențarea pe termen lung (LTP) este creșterea persistentă a forței unei sinapse chimice care durează de la ore la zile. Se crede că apare prin două evenimente separate temporal: inducția urmată de expresie. Majoritatea cercetătorilor sunt de acord că inducția este în întregime postsinaptică, dar există dezacorduri privind dacă expresia este în principal presinaptică sau postsinaptică.
Mecanism Ipoteza semnalării retrograde propune că în stadiile incipiente ale expresiei LTP, celula postsinaptică „trimite un mesaj” către celula presinaptică pentru a o anunța că un stimul inductor de LTP a fost primit postsinaptic. Ipoteza generală nu propune un mecanism precis. Un mecanism posibil este sinteza și eliberarea unui mesager retrograd de către celula postsinaptică. Altul implică modificarea proteinelor care traversează sinapsa.
Identitatea mesagerului Dintre mecanisme, ipoteza mesagerului retrograd a primit cea mai mare atenție. Candidații includ monoxid de carbon, , acid arahidonic și oxidul nitric. Recent, atenția s-a mutat către care traversează fanta sinaptică. Endocanabinoizii și/sau , acționând prin receptori canabinoizi cuplați cu proteine G, pot juca un rol important.
Note
Categorie:Semnalizare celulară Categorie:Neurofiziologie