細胞内カルシウムゲートの基底レベル皮質ニューロンの脳由来の神経栄養因子によるホスホイノシチド3-キナーゼAKTシグナル伝達の活性化

脳由来の神経栄養因子（BDNF）は、ホスホイノシチド3-キナーゼ-Akt経路の活性化を通じて生存と神経可塑性を媒介します。以前の研究では、マイトジェン活性化プロテインキナーゼの役割が示唆されましたが、ホスホリパーゼCガンマ媒介性細胞内カルシウム（[Ca2+] I）が増加し、AKT活性化の調節における細胞外カルシウム流入はほとんど不明です。我々は、nanomolar下BDNFが皮質ニューロンの発達においてAKT活性化を有意に誘導することを実証しました。S473およびT308でのTRKB依存性Aktリン酸化は、ホスホイノシチド3-キナーゼのみを必要としましたが、ホスホリパーゼCおよびマイトジェン活性化プロテインキナーゼ活性は必要でした。NMDA受容体、L型電圧依存性カルシウムチャネル、およびEGTAによるキレート細胞外カルシウムのブロックは、BDNF誘導Aktリン酸化をブロックできませんでした。対照的に、1,2-ビス（O-アミノフェノキシ）エタン-N、n、n '、n' - テトラ酢酸 - アセトキシメチルエステル（BAPTA-AM）by 1,2-ビス（o-アミノフェノキシ）by [Ca2+] iをキレート化すると、Aktリン酸化が廃止されました。興味深いことに、サブノモルBDNFは[Ca2+] Iを刺激しませんでした。そのNMDAおよび膜脱分極誘発[Ca2+] Iの増加は、Aktを活性化しなかったため、[Ca2+] IゲートBDNF関数の基礎レベルが結論付けられました。さらに、W13によりカルモジュリンを阻害すると、Aktリン酸化が抑制されました。一方、オカダ酸およびタウトマイシンによるタンパク質ホスファターゼ1の阻害は、BAPTA-AMおよびW13処理ニューロンのAKTリン酸化を救助しました。さらに、ホスホイノシチド依存性キナーゼ-1のリン酸化がT308のAKTリン酸化と相関していないことを実証しました。我々の結果は、BDNF-AKTシグナル伝達における活動誘発性カルシウムの上昇ではなく、基底[Ca2+] Iの新規役割を示唆しました。

Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) mediates survival and neuroplasticity through the activation of phosphoinositide 3-kinase-Akt pathway. Although previous studies suggested the roles of mitogen-activated protein kinase, phospholipase C-gamma-mediated intracellular calcium ([Ca2+]i) increase, and extracellular calcium influx in regulating Akt activation, the cellular mechanisms are largely unknown. We demonstrated that sub-nanomolar BDNF significantly induced Akt activation in developing cortical neurons. The TrkB-dependent Akt phosphorylation at S473 and T308 required only phosphoinositide 3-kinase, but not phospholipase C and mitogen-activated protein kinase activity. Blocking NMDA receptors, L-type voltage-gated calcium channels, and chelating extracellular calcium by EGTA failed to block BDNF-induced Akt phosphorylation. In contrast, chelating [Ca2+]i by 1,2-bis(o-aminophenoxy)ethane-N,N,N ',N '-tetraacetic acid-acetoxymethyl ester (BAPTA-AM) abolished Akt phosphorylation. Interestingly, sub-nanomolar BDNF did not stimulate [Ca2+]i increase under our culture conditions. Together with that NMDA- and membrane depolarization-induced [Ca2+]i increase did not activate Akt, we conclude that the basal level of [Ca2+]i gates BDNF function. Furthermore, inhibiting calmodulin by W13 suppressed Akt phosphorylation. On the other hand, inhibition of protein phosphatase 1 by okadaic acid and tautomycin rescued Akt phosphorylation in BAPTA-AM and W13-treated neurons. We further demonstrated that the phosphorylation of phosphoinositide-dependent kinase-1 did not correlate with Akt phosphorylation at T308. Our results suggested novel roles of basal [Ca2+]i, rather than activity-induced calcium elevation, in BDNF-Akt signaling.