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Netrin-1 induces axon branching in developing cortical neurons by frequency-dependent calcium signaling pathways.
Tang, Fangjun; Kalil, Katherine.
Afiliación
  • Tang F; University of Wisconsin-Madison, Madison, Wisconsin 53706, USA.
J Neurosci ; 25(28): 6702-15, 2005 Jul 13.
Article en En | MEDLINE | ID: mdl-16014732
A single axon can innervate multiple targets by collateral branching. Axon branching is thus essential for establishing CNS connectivity. However, surprisingly little is known about the mechanisms by which branching is regulated. Axons often stop elongating before branches develop and anatomical and molecular data suggest that axon branching occurs independent of axon outgrowth. We found that netrin-1 dramatically increases cortical axon branching. Here, we sought to identify intracellular signaling components involved in netrin-1-induced axon branching. Using live cell imaging of dissociated developing cortical neurons, we show that netrin-1 rapidly increases the frequency of repetitive calcium transients. These transients are often restricted to small regions of the axon. Simultaneous imaging of calcium activity and development of axon branches revealed that Ca2+ transients coincide spatially and temporally with protrusion of branches from the axon. Remarkably, fully formed branches with motile growth cones could develop de novo within 20 min. Netrin-1-induced Ca2+ transients involve release from intracellular stores and Ca2+ signaling is essential for netrin-1-induced axon branching. Using techniques to overexpress or suppress kinase activity, we find that calcium/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) and mitogen-activated protein kinase (MAPK) are major downstream targets of the netrin-1 calcium signaling pathway and are required for axon branching. CaMKII, but not MAPK, is also involved in axon outgrowth. The role of CaMKII and MAPKs in axon branching is consistent with the sensitivity of these kinases to changes in the frequency Ca2+ transients. Together, these novel findings define calcium signaling mechanisms required for development of new axon branches promoted by a guidance cue.
Asunto(s)
Axones/efectos de los fármacos; Señalización del Calcio; Corteza Cerebral/citología; Sistema de Señalización de MAP Quinasas; Factores de Crecimiento Nervioso/farmacología; Proteínas Supresoras de Tumor/farmacología; 1-(5-Isoquinolinesulfonil)-2-Metilpiperazina/análogos & derivados; 1-(5-Isoquinolinesulfonil)-2-Metilpiperazina/farmacología; Animales; Axones/fisiología; Axones/ultraestructura; Butadienos/farmacología; Bloqueadores de los Canales de Calcio/farmacología; Canales de Calcio Tipo L/efectos de los fármacos; Canales de Calcio Tipo L/fisiología; Señalización del Calcio/efectos de los fármacos; Señalización del Calcio/fisiología; Proteína Quinasa Tipo 2 Dependiente de Calcio Calmodulina; Proteínas Quinasas Dependientes de Calcio-Calmodulina/efectos adversos; Proteínas Quinasas Dependientes de Calcio-Calmodulina/fisiología; Células Cultivadas/efectos de los fármacos; Células Cultivadas/ultraestructura; Pollos; Cricetinae; Citoesqueleto/ultraestructura; Dantroleno/farmacología; Flavonoides/farmacología; Conos de Crecimiento/efectos de los fármacos; Conos de Crecimiento/fisiología; Sistema de Señalización de MAP Quinasas/efectos de los fármacos; Sistema de Señalización de MAP Quinasas/fisiología; Mesocricetus; Factores de Crecimiento Nervioso/genética; Factores de Crecimiento Nervioso/fisiología; Neuronas/citología; Neuronas/efectos de los fármacos; Nifedipino/farmacología; Nitrilos/farmacología; Péptidos/farmacología; Inhibidores de Proteínas Quinasas/farmacología; Proteínas Recombinantes de Fusión/farmacología; Proteínas Recombinantes de Fusión/fisiología; Canal Liberador de Calcio Receptor de Rianodina/efectos de los fármacos; Canal Liberador de Calcio Receptor de Rianodina/fisiología; Transfección; Proteínas Supresoras de Tumor/genética; Proteínas Supresoras de Tumor/fisiología

Texto completo: 1 Colección: 01-internacional Base de datos: MEDLINE Asunto principal: Axones / Corteza Cerebral / Señalización del Calcio / Sistema de Señalización de MAP Quinasas / Proteínas Supresoras de Tumor / Factores de Crecimiento Nervioso Tipo de estudio: Prognostic_studies Idioma: En Revista: J Neurosci Año: 2005 Tipo del documento: Article País de afiliación: Estados Unidos Pais de publicación: Estados Unidos

Texto completo: 1 Colección: 01-internacional Base de datos: MEDLINE Asunto principal: Axones / Corteza Cerebral / Señalización del Calcio / Sistema de Señalización de MAP Quinasas / Proteínas Supresoras de Tumor / Factores de Crecimiento Nervioso Tipo de estudio: Prognostic_studies Idioma: En Revista: J Neurosci Año: 2005 Tipo del documento: Article País de afiliación: Estados Unidos Pais de publicación: Estados Unidos