Маркер нейральных стволовых клеток регулирует образование синапсов

Профессор Лаборатории биологии пептидов Фонда Клейтона Kо-Фэнь Ли (Kuo-Fen Lee), PhD. (Фото: Salk Institute for Biological Studies)

Мало найдется более известных, чем нестин, белков, само присутствие которых в незрелой клетке говорит биологам о том, что клетка является стволовой, в данном случае, нейральной стволовой клеткой. Но как бы это ни помогало ученым, до сих пор никто не знал, какую именно функцию выполняет в клетке данный белок.

В исследовании, опубликованном в он-лайн издании журнала Nature Neuroscience, ученые из Института биологических исследований Солка (Salk Institute of Biological Studies) показали, что нестин имеет основания для нахождения в совершенно другом типе клеток – мышечной ткани. Там он регулирует образование так называемых нервно-мышечных соединений – точек контакта между мышечными клетками и «их» моторными нейронами.

Новое исследование не только углубляет понимание сигнальных механизмов, связывающих мозг и мышцы, но и может помочь в дальнейшей разработке средств, направленных на укрепление этих связей при нейромышечных заболеваниях или травмах спинного мозга.

«Нестин – хорошо известная молекула, но никто не знал, каковы ее функции в живом организме», - говорит руководитель исследования Ко-Фэнь Ли (Kuo-Fen Lee), PhD, профессор Лаборатории биологии пептидов Фонда Клейтона (Clayton Foundation Laboratories for Peptide Biology). «Наша работа стала первой, показавшей, что он действительно выполняет физиологическую функцию».

Ученые уже знали, что при формировании нервно-мышечного соединения в развивающемся эмбрионе связи между входящими нервными волокнами и плотными кластерами рецепторов нейротрансмиттеров, находящимися на мышечных волокнах, укрепляют так называемые положительные факторы. Однако в 2005 году в статье в журнале Neuron профессор Ли сообщил об открытии уравновешивающего фактора – белка cdk5 – который удалял, или диспергировал, лишние рецепторы мышц, лежащие вне зоны контакта, или синапса, сохраняя, таким образом, только самые эффективные соединения.

Нестин, хорошо известный маркер стволовых клеток, регулирует образование нервно-мышечных соединений (показаны желтым) – контактных точек между мышечными клетками и «их» моторными нейронами (показаны зеленым). (Фото: Courtesy of Dr. Jiefei Yang)

В настоящем исследовании было выяснено, как cdk5, каталитически добавляющий фосфатные группы к белкам-мишеням, устраняет лишние «внесинаптические» соединения. Решив, что cdk5 должен действовать путем химической модификации какого-то второго белка, постдокторант лаборатории профессора Ли Цзефэй Ян (Jiefei Yang), PhD, взял на себя задачу найти его «сообщника».

Он начал с исключения главных подозреваемых из множества белков, находящихся на мышечной стороне синапса. «В начале это было похоже на стрельбу в темноте, потому что cdk5 имеет очень много потенциальных мишеней в нервно-мышечном соединении», - говорит доктор Ян. После исключения очевидных кандидатов ученые, в конце концов, остановили свое внимание на нестине, основываясь на известных доказательствах, что cdk5 может фосфорилировать нестин в некоторых тканях.

Для анализа нестина ученые использовали генно-инженерных мышей, у которых был выключен положительный синапс-стабилизирующий фактор, известный как агрин. Как и предполагалось, микроскопическое исследование мышечной ткани диафрагмы агрин-мутантных мышей показало полную потерю плотных кластеров рецепторов, отличающих зрелый синапс, что означало, что без «цементирования» агрином синапс-диспергирующая активность устранила кластеры.

Однако, когда мутантным по агрину мышам был введен один из реагентов РНК, блокирующий экспрессию нектина, ученые сделали важное открытие: на мышце диафрагмы восстановилась структура рецепторных кластеров, напоминающая синапсы нормальной мыши. Это означало, что удаление нестина позволяет синапсам восстанавливаться даже в отсутствии стабилизирующего клея.

«Этот проведенный на живом организме эксперимент представляет собой важное генетическое открытие», - объясняет профессор Ли. «Позднее мы установили, что главной функцией нестина является привлечение cdk5 и его коактиваторов к мышечной мембране, что приводит к активации cdk5 и началу процесса диспергирования».

Дополнительные эксперименты подтвердили, что нестин экспрессируется на мышечной стороне нервно-мышечного соединения, другими словами, в «нужном» месте, и что для реализации вновь открытой функции необходимо его фосфорилирование.

Ли считает, что полученная в ходе исследования информация сможет способствовать развитию методов тканезаместительной терапии.

«Сегодня в рамках поиска методов лечения нейромышечных заболеваний и травм спинного мозга существует множество подходов к поддержанию жизнеспособности нейронов», – продолжает ученый. «Это важно, но нам также необходимо знать, как правильно сформировать синапс. Если мы не сможем этого сделать, мы не добьемся правильной работы нервно-мышечного соединения».

С ним соглашается и доктор Ян, ранее занимавшийся изучением нейромышечных заболеваний на животных моделях в Университете Южной Каролины.

«Одной из долгосрочных целей исследования является определение способов подавления cdk5/нестина», - объясняет он. «Это может замедлить повреждение синапсов при нейромышечных заболеваниях, таких как боковой амиотрофический склероз (болезнь Лу Герига), или атрофия моторных нейронов спинного мозга, при котором наблюдается дисбаланс положительных и отрицательных сигналов. Одним из подходов к замедлению прогрессирования заболевания является усиление положительных сигналов, другой же заключается в подавлении отрицательного сигналинга».

По материалам

At last, a function at the junction-Salk researchers discover that stem cell marker regulates synapse formation

Оригинальная статья:

Jiefei Yang, Bertha Dominguez, Fred de Winter, Thomas W Gould, John E Eriksson, Kuo-Fen Lee. Nestin negatively regulates postsynaptic differentiation of the neuromuscular synapse

© «Маркер нейральных стволовых клеток регулирует образование синапсов». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на страницу Вглубь живой материи. Письменное разрешение обязательно.