Reelin - Reelin
Рилин ( RELN ) - это большой секретируемый гликопротеин внеклеточного матрикса, который помогает регулировать процессы миграции и позиционирования нейронов в развивающемся мозге, контролируя межклеточные взаимодействия . Помимо этой важной роли в раннем развитии , рилин продолжает работать в мозге взрослого человека. Он модулирует синаптическую пластичность , усиливая индукцию и поддерживая долгосрочную потенциацию . Он также стимулирует развитие дендритов и дендритных шипов и регулирует продолжающуюся миграцию нейробластов, образующихся в участках нейрогенеза взрослых, таких как субвентрикулярная и субгранулярная зоны . Он обнаруживается не только в головном мозге, но также в печени , щитовидной железе , надпочечниках , фаллопиевых трубах , груди и в сравнительно меньших количествах во многих анатомических областях.
Было высказано предположение, что рилин участвует в патогенезе нескольких заболеваний головного мозга. Было обнаружено, что экспрессия белка значительно ниже при шизофрении и психотическом биполярном расстройстве , но причина этого наблюдения остается неясной, поскольку исследования показывают, что психотропные препараты сами по себе влияют на экспрессию рилина . Более того, эпигенетические гипотезы, направленные на объяснение измененных уровней экспрессии рилина, противоречивы. Полное отсутствие катушки вызывает форму лиссэнцефалии . Рилин также может играть роль при болезни Альцгеймера , височной эпилепсии и аутизме .
Название Рилина происходит от ненормального наматывая походки из мотовила мышея, которые позже были найдены , чтобы иметь дефицит этого мозга белка и были гомозиготными по мутации гена RELN. Первичный фенотип, связанный с потерей функции рилина, - это нарушение позиционирования нейронов во всей развивающейся центральной нервной системе (ЦНС). Мыши, гетерозиготные по гену рилина, хотя и имеют небольшие нейроанатомические дефекты, демонстрируют эндофенотипические черты, связанные с психотическими расстройствами.
Открытие
Мыши-мутанты помогли понять основные молекулярные механизмы развития центральной нервной системы . Полезные спонтанные мутации были впервые идентифицированы учеными, которые интересовались двигательным поведением , и оказалось относительно легко проверить однопометников на предмет мышей, у которых были трудности с передвижением по клетке. Было обнаружено несколько таких мышей, которым были даны описательные имена, такие как рилер, ткач, бегун, нервный и шатающийся.
« Мотовило » мышь была описана впервые в 1951 году DSFalconer в Эдинбургском университете как спонтанный вариант , возникающий в колонии , по меньшей мере , слегка инбредной снежно-белыми брюшком мышей запаса в 1948 г. Гистопатологический исследований в 1960 - е годы показали , что мозжечок из reeler мышей резко уменьшаются в размерах, в то время как нормальная ламинарная организация, обнаруживаемая в нескольких областях мозга, нарушается. 1970-е годы привели к открытию инверсии клеточного слоя в неокортексе мыши, что привлекло больше внимания к мутации Рилера.
В 1994 году с помощью инсерционного мутагенеза был получен новый аллель reeler . Это при условии , что первый молекулярный маркер в локусе , что позволяет ген RELN быть картирован на хромосоме 7q22 , а затем клонирован и идентифицирован. Японские ученые из Медицинской школы Кочи успешно вывели антитела против нормальных экстрактов головного мозга у мышей Рилера, позже было обнаружено, что эти антитела являются специфическими моноклональными антителами против рилина, и были названы CR-50 (маркер Кахаля-Ретциуса 50). Они отметили, что CR-50 специфически реагировал с нейронами Кахаля-Ретциуса , функциональная роль которых до того времени была неизвестна.
Рецепторы рилина, рецептор 2 аполипопротеина E (ApoER2) и рецептор липопротеинов очень низкой плотности (VLDLR), были обнаружены Троммсдорфом, Герцем и его коллегами, которые первоначально обнаружили, что цитозольный адаптерный белок Dab1 взаимодействует с цитоплазматическим доменом семейства рецепторов ЛПНП. члены. Затем они продолжили показывать, что мыши с двойным нокаутом для ApoER2 и VLDLR, которые оба взаимодействуют с Dab1, имеют дефекты кортикального наслоения, сходные с таковыми у reeler.
Ниже по течению пути из рилина дополнительно разъяснены с помощью других мутантных мышей, в том числе yotari и скремблер . Эти мутанты имеют фенотип, сходный с фенотипом мышей reeler, но без мутации в reelin. Затем было продемонстрировано, что ген отключенного гомолога 1 мыши ( Dab1 ) ответственен за фенотипы этих мутантных мышей, поскольку белок Dab1 отсутствовал (yotari) или едва обнаруживался (scrambler) у этих мутантов. Направленное разрушение Dab1 также вызывает фенотип, сходный с фенотипом reeler. Определение DAB1 как основного регулятора сигнального каскада reelin запустило утомительный процесс расшифровки его сложных взаимодействий.
Затем последовала серия предположительных отчетов, связывающих генетические вариации и взаимодействия рилина с шизофренией, болезнью Альцгеймера, аутизмом и другими очень сложными дисфункциями. Эти и другие открытия в сочетании с перспективой раскрытия эволюционных изменений, которые позволили создать человеческий мозг, значительно активизировали исследования. По состоянию на 2008 год, примерно через 13 лет после открытия гена, кодирующего белок, сотни научных статей посвящены множеству аспектов его структуры и функционирования.
Распределение тканей и секреция
Исследования показывают, что рилин отсутствует в синаптических пузырьках и секретируется посредством конститутивного секреторного пути , сохраняясь в секреторных пузырьках Гольджи . Скорость высвобождения рилина не регулируется деполяризацией , но строго зависит от скорости его синтеза. Эта взаимосвязь аналогична той, о которой сообщается для секреции других белков внеклеточного матрикса .
Во время развития мозга рилин секретируется в коре и гиппокампе так называемыми клетками Кахаля-Ретциуса, клетками Кахаля и клетками Ретциуса. Рилин-экспрессирующие клетки в пренатальном и раннем постнатальном мозге преимущественно обнаруживаются в маргинальной зоне (MZ) коры и во временном субпиальном гранулярном слое (SGL), который в наибольшей степени проявляется у человека, а также в слое гиппокампа. lacunosum-molculare и верхний краевой слой зубчатой извилины .
В развивающемся мозжечке рилин сначала экспрессируется во внешнем слое гранулярных клеток (EGL), прежде чем происходит миграция гранулярных клеток во внутренний слой гранулярных клеток (IGL).
Достигнув пика сразу после рождения, синтез рилина впоследствии резко снижается, становясь более диффузным по сравнению с отчетливо ламинарной экспрессией в развивающемся мозге. Во взрослом мозге рилин экспрессируется ГАМК -ергическими интернейронами коры и глутаматергическими нейронами мозжечка, глутаматергическими звездчатыми клетками и веерообразными клетками поверхностной энторинальной коры, которые, как предполагается, играют роль в кодировании новых эпизодических воспоминаний , а также немногими сохранившиеся клетки Кахаля-Ретциуса. Среди ГАМКергических интернейронов рилин, по-видимому, обнаруживается преимущественно в тех, которые экспрессируют кальретинин и кальбиндин , таких как битуфтинговые , горизонтальные клетки и клетки Мартинотти , но не в клетках, экспрессирующих парвальбумин , таких как нейроны люстры или корзины . В белом веществе также обнаружено, что небольшая часть интерстициальных нейронов окрашивается положительно на экспрессию рилина.
Вне мозга рилин обнаружен в крови взрослых млекопитающих, печени , промежуточной части гипофиза и хромаффинных клетках надпочечников . В печени рилин локализуется в звездчатых клетках печени . Экспрессия рилина увеличивается при повреждении печени и возвращается к норме после ее восстановления. В глазах рилин секретируется ганглиозными клетками сетчатки, а также обнаруживается в эндотелиальном слое роговицы . Так же, как и в печени, его экспрессия увеличивается после травмы.
Белок также вырабатывается одонтобластами , которые представляют собой клетки на краях пульпы зуба. Рилин здесь обнаруживается как во время одонтогенеза, так и в зрелом зубе. Некоторые авторы предполагают, что одонтобласты играют дополнительную роль в качестве сенсорных клеток, способных передавать болевые сигналы к нервным окончаниям. Согласно гипотезе, рилин участвует в этом процессе, усиливая контакт между одонтобластами и нервными окончаниями.
Состав
Рилин состоит из 3461 аминокислоты с относительной молекулярной массой 388 кДа . Он также обладает активностью сериновой протеазы . Ген мышиного RELN состоит из 65 экзонов , охватывающих примерно 450 кб . Один экзон, кодирующий только две аминокислоты около С-конца белка , подвергается альтернативному сплайсингу , но точное функциональное воздействие этого неизвестно. В структуре гена идентифицированы два сайта инициации транскрипции и два сайта полиаденилирования.
Белок рилина начинается с сигнального пептида длиной 27 аминокислот, за которым следует область, имеющая сходство с F-спондином ( домен рилера ), обозначенная на схеме как "SP", и область, уникальная для рилина, обозначенная как " ЧАС". Далее идет 8 повторов из 300–350 аминокислот. Они называются повторами рилина и имеют мотив эпидермального фактора роста в своем центре, разделяя каждый повтор на два субповтора, A ( повтор BNR / Asp-бокса ) и B ( EGF-подобный домен ). Несмотря на это прерывание, две подобласти контактируют напрямую, в результате чего получается компактная общая структура.
Конечный домен рилина содержит высокоосновную и короткую С-концевую область (CTR, помеченную "+") длиной 32 аминокислоты. Этот регион является высококонсервативным и на 100% идентичен у всех исследованных млекопитающих. Считалось, что CTR необходим для секреции рилина, потому что мутация Orleans reeler , в которой отсутствует часть 8-го повтора и весь CTR, неспособна секретировать белок неправильной формы, что приводит к его концентрации в цитоплазме. Однако другие исследования показали, что CTR не важен для самой секреции, но мутанты, лишенные CTR, были гораздо менее эффективны в активации последующих сигнальных событий.
Рилин расщепляется in vivo на двух сайтах, расположенных после доменов 2 и 6 - примерно между повторами 2 и 3 и между повторами 6 и 7, в результате чего образуются три фрагмента. Это расщепление не снижает активность белка, так как конструкции, состоящие из предсказанных центральных фрагментов (повторы 3-6), связываются с рецепторами липопротеинов, запускают фосфорилирование Dab1 и имитируют функции рилина во время развития кортикальной пластинки . Более того, процессинг рилина эмбриональными нейронами может быть необходим для правильного кортикогенеза.
Функция
Основными функциями рилина являются регуляция кортикогенеза и позиционирования нейрональных клеток в пренатальном периоде, но этот белок также продолжает играть роль у взрослых. Рилин обнаружен во многих тканях и органах, и его функциональные роли можно приблизительно разделить по времени экспрессии и по локализации его действия.
Во время разработки
Ряд ненервных тканей и органов экспрессируют рилин во время развития, причем экспрессия резко снижается после формирования органов. Роль белка здесь в значительной степени не изучена, потому что у мышей с нокаутом не обнаруживается серьезной патологии в этих органах. Роль Рилина в растущей центральной нервной системе подробно описана. Он способствует дифференцировке клеток-предшественников в радиальную глию и влияет на ориентацию ее волокон, которые служат проводниками для мигрирующих нейробластов. Положение слоя клеток, секретирующих рилин, важно, потому что волокна ориентируются в направлении его более высокой концентрации. Например, рилин регулирует развитие специфичных для слоев связей в гиппокампе и энторинальной коре.
Кортикогенез млекопитающих - еще один процесс, в котором рилин играет важную роль. В этом процессе временный слой, называемый предварительной пластиной, разделяется на маргинальную зону вверху и вспомогательную пластину внизу, а пространство между ними заполняется нейронными слоями по схеме «наизнанку». Такое расположение, при котором вновь созданные нейроны проходят через осевшие слои и располагаются на одну ступень выше, является отличительной чертой мозга млекопитающих, в отличие от эволюционно более старой коры головного мозга рептилий, в которой слои расположены по принципу «снаружи-внутрь». мода. Когда reelin отсутствует, как у мутантных мышей reeler , порядок кортикальных слоев становится примерно инвертированным, и более молодые нейроны оказываются неспособными пройти осевшие слои. Нейроны субпластинки не могут остановиться и вторгаются в самый верхний слой, создавая так называемую суперпластинку, в которой они смешиваются с клетками Кахаля-Ретциуса и некоторыми клетками, обычно предназначенными для второго слоя.
Нет единого мнения относительно роли катушки в правильном расположении корковых слоев. Первоначальная гипотеза о том, что белок является стоп-сигналом для мигрирующих клеток, подтверждается его способностью вызывать диссоциацию, его ролью в утверждении слоя компактных гранулярных клеток в гиппокампе, а также тем фактом, что мигрирующие нейробласты уклоняются от рилин- богатые районы. Но эксперимент, в котором кортикогенез у мышей прошел нормально, несмотря на неправильное расположение секретирующего слоя рилина и отсутствие доказательств того, что рилин влияет на конусы роста и передние края нейронов, заставил выдвинуть некоторые дополнительные гипотезы. Согласно одному из них, рилин делает клетки более восприимчивыми к еще не описанному каскаду позиционной передачи сигналов.
Рилин также может гарантировать правильное расположение нейронов в спинном мозге : согласно одному исследованию, расположение и уровень его экспрессии влияет на движение симпатических преганглионарных нейронов.
Считается, что белок действует на мигрирующие нейрональные предшественники и, таким образом, контролирует правильное расположение клеток в коре и других структурах мозга. Предлагаемая роль - один из сигналов диссоциации для нейронных групп, позволяющий им разделиться и перейти от тангенциальной миграции цепи к радиальной индивидуальной миграции. Диссоциация отделяет мигрирующие нейроны от глиальных клеток , которые действуют как их проводники, превращая их в отдельные клетки, которые могут нанести удар в одиночку, чтобы найти свое окончательное положение.
Рилин принимает участие в изменении конфигурации рецепторов NMDA , увеличивая подвижность рецепторов, содержащих NR2B, и тем самым сокращая время, которое они проводят в синапсе . Было высказано предположение, что это может быть частью механизма, лежащего в основе «переключателя NR2B-NR2A», который наблюдается в мозге во время его постнатального развития. Продолжающаяся секреция рилина ГАМКергическими нейронами гиппокампа необходима для поддержания низкого уровня NR2B-содержащих рецепторов NMDA.
У взрослых
В нервной системе взрослого человека рилин играет выдающуюся роль в двух наиболее активных участках нейрогенеза, субвентрикулярной зоне и зубчатой извилине. У некоторых видов нейробласты из субвентрикулярной зоны мигрируют цепями в ростральном миграционном потоке (RMS), чтобы достичь обонятельной луковицы, где рилин диссоциирует их на отдельные клетки, которые могут мигрировать дальше индивидуально. Они меняют способ миграции с тангенциального на радиальный и начинают использовать волокна радиальной глии в качестве направляющих. Есть исследования, показывающие, что вдоль самого RMS два рецептора, ApoER2 и VLDLR , и их внутриклеточный адаптер DAB1 функционируют независимо от рилина, скорее всего, под влиянием недавно предложенного лиганда, тромбоспондина-1 . В зубчатой извилине взрослого человека reelin обеспечивает ориентиры для новых нейронов, которые постоянно прибывают в слой гранулярных клеток из субгранулярной зоны, сохраняя слой компактным.
Рилин также играет важную роль во взрослом мозге, модулируя плотность экспрессии дендритных шипов кортикальных пирамидных нейронов , разветвление дендритов и выражение долгосрочной потенциации, поскольку его секреция диффузно продолжается ГАМКергическими кортикальными интернейронами, происхождение которых прослеживается до медиальное ганглиозное возвышение .
Во взрослом организме ненейральная экспрессия гораздо менее распространена, но резко возрастает при повреждении некоторых органов. Точная функция активации катушки после травмы все еще исследуется.
Эволюционное значение
Взаимодействия Reelin-DAB1 могли сыграть ключевую роль в структурной эволюции коры головного мозга, которая эволюционировала из единственного слоя общего предшественника амниот в многослойную кору современных млекопитающих. Исследования показывают, что экспрессия рилина повышается по мере усложнения коры головного мозга, достигая максимума в человеческом мозге, в котором секретирующие рилин клетки Кахаля-Ретциуса имеют значительно более сложную аксональную ветвь. Рилин присутствует в конечном мозге всех исследованных позвоночных, но паттерн его экспрессии сильно различается. Например, у рыбок данио вообще нет клеток Кахаля-Ретциуса; вместо этого белок секретируется другими нейронами. Эти клетки не образуют особого слоя у земноводных, и радиальная миграция в их головном мозге очень слабая.
По мере того как кора головного мозга становится более сложной и извилистой, миграция по волокнам радиальной глии становится более важной для правильного ламинирования. Считается, что появление отчетливого слоя, секретирующего катушки, играет важную роль в этой эволюции. Существуют противоречивые данные относительно важности этого слоя, и они объясняются в литературе либо наличием дополнительного сигнального позиционного механизма, который взаимодействует с каскадом катушки, либо предположением, что мыши, которые используются в таких экспериментах, имеют избыточную секрецию. рилина по сравнению с более локализованным синтезом в человеческом мозге.
Клетки Кахаля-Ретциуса, большинство из которых исчезают примерно во время рождения, коэкспрессируют рилин с геном HAR1 , который, как считается, претерпел наиболее значительные эволюционные изменения у людей по сравнению с шимпанзе, поскольку он является наиболее «эволюционно ускоренным» из генов, происходящих от шимпанзе. человеческие ускоренные области . Есть также свидетельства того, что варианты гена DAB1 были включены в недавний выборочный анализ китайского населения.
Механизм действия
SFK : Киназы семейства Src .
JIP : JNK-взаимодействующий белок 1
Рецепторы
Считается, что контроль рилина межклеточными взаимодействиями опосредуется связыванием рилина с двумя членами семейства генов рецепторов липопротеинов низкой плотности : VLDLR и ApoER2 . Два основных рецептора рилина, по-видимому, выполняют несколько разные роли: VLDLR проводит стоп-сигнал, в то время как ApoER2 важен для миграции поздних нейронов неокортекса. Также было показано, что N-концевая область рилина, сайт, отличный от области рилина, которая, как показано, ассоциируется с VLDLR / ApoER2, связывается с рецептором интегрина альфа-3-бета-1 . Предложение о том , что прото кадгерином см - 1 ведет себя как рецептор Рилина было опровергнуто.
Как члены суперсемейства липопротеиновых рецепторов, и VLDLR, и ApoER2 имеют в своей структуре домен интернализации, называемый мотивом NPxY . После связывания с рецепторами рилин интернализуется за счет эндоцитоза , и N-концевой фрагмент белка повторно секретируется. Этот фрагмент может служить постнатально для предотвращения чрезмерного роста апикальных дендритов пирамидных нейронов кортикального слоя II / III, действуя по пути, независимому от канонических рецепторов рилина.
Рецепторы рилина присутствуют как на нейронах, так и на глиальных клетках . Более того, радиальная глия экспрессирует такое же количество ApoER2, но в десять раз меньше VLDLR . Рецепторы бета-1-интегрина на глиальных клетках играют более важную роль в расслоении нейронов, чем те же рецепторы на мигрирующих нейробластах.
Рилин-зависимое усиление долговременной потенциации вызвано взаимодействием ApoER2 с рецептором NMDA . Это взаимодействие происходит, когда ApoER2 имеет область, кодируемую экзоном 19. Ген ApoER2 альтернативно сплайсируется, причем вариант, содержащий экзон 19, более активно продуцируется в периоды активности. Согласно одному исследованию, экспрессия рилина в гиппокампе быстро повышается, когда возникает необходимость в хранении памяти, поскольку деметилазы открывают ген RELN. Активация роста дендритов с помощью рилина, по-видимому, осуществляется через киназы семейства Src и зависит от экспрессии белков семейства Crk , что согласуется с взаимодействием Crk и CrkL с фосфорилированным тирозином Dab1. Более того, модель мыши с рекомбинацией Cre-loxP, у которой отсутствуют Crk и CrkL в большинстве нейронов, как сообщается, имеет фенотип reeler , указывая тем самым, что Crk / CrkL лежат между DAB1 и Akt в сигнальной цепи reelin.
Сигнальные каскады
Рилин активирует сигнальный каскад Notch-1 , индуцируя экспрессию FABP7 и побуждая клетки-предшественники принять фенотип радиальной глии . Кроме того, кортикогенез in vivo сильно зависит от процессинга рилина эмбриональными нейронами, которые, как считается, секретируют некоторые еще не идентифицированные металлопротеиназы, которые освобождают центральную сигнальную часть белка. Некоторые другие неизвестные протеолитические механизмы также могут играть роль. Предполагается, что полноразмерный рилин прилипает к волокнам внеклеточного матрикса на более высоких уровнях, а центральные фрагменты, когда они высвобождаются за счет разрушения катушки, способны проникать на более низкие уровни. Возможно, что по мере того, как нейробласты достигают более высоких уровней, они останавливают свою миграцию либо из-за повышенной комбинированной экспрессии всех форм рилина, либо из-за специфического способа действия полноразмерных молекул рилина и его гомодимеров.
Внутриклеточный адаптер DAB1 связывается с VLDLR и ApoER2 через мотив NPxY и участвует в передаче сигналов Reelin через эти рецепторы липопротеинов. Он фосфорилируется киназами Src и Fyn и, по-видимому, стимулирует актиновый цитоскелет к изменению своей формы, влияя на долю рецепторов интегрина на поверхности клетки, что приводит к изменению адгезии . Фосфорилирование DAB1 приводит к его убиквитинированию и последующей деградации, и это объясняет повышенные уровни DAB1 в отсутствие рилина. Считается, что такая отрицательная обратная связь важна для правильного кортикального ламинирования. Активированные двумя антителами, VLDLR и ApoER2 вызывают фосфорилирование DAB1, но, по-видимому, без последующей деградации и без восстановления фенотипа Риллера , и это может указывать на то, что часть сигнала проводится независимо от DAB1.
Было показано, что белок, играющий важную роль в лизэнцефалии и, соответственно, названный LIS1 ( PAFAH1B1 ), взаимодействует с внутриклеточным сегментом VLDLR, таким образом реагируя на активацию пути рилина.
Комплексы
Было показано, что молекулы рилина образуют большой белковый комплекс, гомодимер с дисульфидной связью . Если гомодимер не может образоваться, эффективное фосфорилирование тирозина DAB1 in vitro не удается. Более того, два основных рецептора рилина способны образовывать кластеры, которые, скорее всего, играют основную роль в передаче сигналов, вызывая, в свою очередь, димеризацию или олигомеризацию внутриклеточного адаптера DAB1. В исследовании было показано, что такая кластеризация активирует сигнальную цепь даже в отсутствие самого рилина. Кроме того, сам рилин может разрезать пептидные связи, удерживающие вместе другие белки, будучи сериновой протеазой , и это может влиять на процессы клеточной адгезии и миграции. Передача сигналов рилина приводит к фосфорилированию актин- взаимодействующего белка cofilin 1 по ser3; это может стабилизировать актиновый цитоскелет и закрепить ведущие процессы миграции нейробластов, предотвращая их дальнейший рост.
Взаимодействие с Cdk5
Циклинзависимая киназа 5 (Cdk5), главный регулятор миграции и позиционирования нейронов, как известно, фосфорилирует DAB1 и другие цитозольные мишени передачи сигналов рилина, такие как тау - белок , который также может быть активирован посредством индуцированной рилином дезактивации GSK3B и NUDEL. , связанный с Lis1 , одной из целей DAB1. Индукция LTP с помощью рилина в срезах гиппокампа не удается при нокаутах p35 . P35 является ключевым активатором Cdk5, и двойные нокауты p35 / Dab1, p35 / RELN, p35 / ApoER2, p35 / VLDLR демонстрируют повышенный дефицит миграции нейронов, что указывает на синергетическое действие reelin → ApoER2 / VLDLR → DAB1 и p35 / p39 → Cdk5. в нормальном кортикогенезе.
Возможная патологическая роль
Лиссэнцефалия
Нарушения гена RELN считаются причиной редкой формы лизэнцефалии с гипоплазией мозжечка, классифицируемой как микролисэнцефалия, называемая синдромом Нормана-Робертса . Мутации нарушают сплайсинг транскрипта мРНК RELN , что приводит к низкому или неопределяемому количеству белка рилина. Фенотип у этих больных характеризуются гипотонией , атаксия , и задержки в развитии, с отсутствием неподдерживаемого сидения и глубокой умственной отсталостью с небольшим или языковым развитием. Также присутствуют судороги и врожденная лимфедема . Новая хромосомная транслокация, вызывающая синдром, была описана в 2007 году.
Шизофрения
Снижение экспрессии рилина и его мРНК в мозге больных шизофренией было зарегистрировано в 1998 и 2000 годах и независимо подтверждено в посмертных исследованиях гиппокампа, мозжечка , базальных ганглиев и коры головного мозга. Снижение может достигать 50% в некоторых областях мозга и связано со снижением экспрессии фермента GAD-67 , который катализирует переход глутамата в ГАМК . Согласно одному исследованию, уровни рилина и его изоформ в крови также изменяются при шизофрении, наряду с расстройствами настроения . Снижение префронтальной экспрессии мРНК рилина при шизофрении оказалось наиболее статистически значимым нарушением, обнаруженным в многоцентровом исследовании, проведенном в 2001 г. в 14 отдельных лабораториях Консорциумом нейропатологов Фонда Стэнли.
Эпигенетическое гиперметилирование ДНК у пациентов с шизофренией предлагается в качестве причины снижения, что согласуется с наблюдениями 1960-х годов, согласно которым введение метионина больным шизофренией приводит к глубокому обострению симптомов шизофрении у шестидесяти - семидесяти процентов пациентов. Предлагаемый механизм является частью «эпигенетической гипотезы патофизиологии шизофрении», сформулированной группой ученых в 2008 г. (Д. Грейсон; А. Гуидотти; Э. Коста ). Посмертное исследование, сравнивающее экспрессию ДНК-метилтрансферазы ( DNMT1 ) и мРНК рилина в I и V кортикальных слоях пациентов с шизофренией и в нормальной контрольной группе, продемонстрировало, что в слое V уровни как DNMT1, так и Reelin были нормальными, тогда как в слое I DNMT1 был в три раза выше, вероятно, приводя к двукратному снижению экспрессии Reelin. Есть свидетельства того, что изменение является избирательным и что DNMT1 сверхэкспрессируется в рилин-секретирующих ГАМКергических нейронах, но не в их глутаматергических соседях. Ингибиторы метилирования и ингибиторы гистондеацетилазы , такие как вальпроевая кислота , увеличивают уровни мРНК рилина, в то время как обработка L-метионином подавляет фенотипическую экспрессию рилина.
Одно исследование показало повышенную регуляцию гистондеацетилазы HDAC1 в гиппокампе пациентов. Гистоновые деацетилазы подавляют промоторы генов; Было показано, что гиперацетилирование гистонов на мышиных моделях деметилирует промоторы как рилина, так и GAD67. Было показано, что ингибиторы DNMT1 у животных увеличивают экспрессию как рилина, так и GAD67, и как ингибиторы DNMT, так и ингибиторы HDAC, как было показано в одном исследовании, активируют оба гена со сравнимой зависимостью от дозы и времени. Как показывает одно исследование, концентрация S-аденозилметионина (SAM) в префронтальной коре головного мозга пациентов в два раза выше, чем в коре головного мозга здоровых людей. SAM, являясь донором метильной группы, необходимой для активности DNMT, может еще больше изменить эпигенетический контроль экспрессии генов.
Область хромосомы 7q22 , несущая ген RELN , ассоциирована с шизофренией, а сам ген был связан с заболеванием в большом исследовании, которое обнаружило, что полиморфизм rs7341475 увеличивает риск заболевания у женщин, но не у мужчин. Согласно исследованию, женщины с однонуклеотидным полиморфизмом (SNP) примерно в 1,4 раза чаще заболевают. Аллельные вариации RELN также коррелировали с рабочей памятью, памятью и исполнительными функциями в нуклеарных семьях, один из членов которых страдает шизофренией. Позднее была воспроизведена связь с рабочей памятью. В одном небольшом исследовании несинонимичный полиморфизм гена Val997Leu был связан с увеличением левого и правого желудочков у пациентов.
Одно исследование показало, что у пациентов снижен уровень одного из рецепторов рилина, VLDLR , в периферических лимфоцитах . После шести месяцев антипсихотической терапии выражение улучшилось; По мнению авторов, периферические уровни VLRLR могут служить надежным периферическим биомаркером шизофрении.
Принимая во внимание роль рилина в стимулировании дендритогенеза, были сделаны предположения, что локализованный дефицит дендритного шипа, наблюдаемый при шизофрении, может быть частично связан с подавлением регуляции рилина.
Путь рилина также может быть связан с шизофренией и другими психотическими расстройствами через его взаимодействие с генами риска. Одним из примеров является фактор нейрональной транскрипции NPAS3 , нарушение которого связано с шизофренией и неспособностью к обучению. Нокаутные мыши, лишенные NPAS3 или аналогичного белка NPAS1, имеют значительно более низкие уровни рилина; точный механизм этого неизвестен. Другой пример - связанный с шизофренией ген MTHFR , нокауты у мышей показывают снижение уровней рилина в мозжечке. В том же духе стоит отметить, что ген, кодирующий субъединицу NR2B, на которую предположительно влияет рилин в процессе онтогенетического изменения состава рецепторов NMDA NR2B-> NR2A, является одним из наиболее сильных кандидатов в ген риска . Другой общий аспект между NR2B и RELN заключается в том, что они оба могут регулироваться фактором транскрипции TBR1 .
Гетерозиготных мотовило мышь, которая haploinsufficient для гена RELN, акции несколько нейрохимических и поведенческие расстройства с шизофренией и биполярным расстройством, но точное значение этих мышиных поведенческих изменений в патофизиологии шизофрении остается дискуссионным.
Как описано ранее, рилин играет решающую роль в модуляции ранней миграции нейробластов во время развития мозга. Доказательства измененного положения нервных клеток в мозге пациентов с посмертной шизофренией и изменений в сетях регуляции генов, которые контролируют миграцию клеток, предполагают потенциальную связь между измененной экспрессией рилина в ткани мозга пациента и нарушением миграции клеток во время развития мозга. Чтобы смоделировать роль рилина в контексте шизофрении на клеточном уровне, клетки, полученные из обонятельной нейросферы, были созданы из носовых биопсий пациентов с шизофренией и сравнивались с клетками здоровых людей. Клетки, полученные от пациентов с шизофренией, имеют пониженные уровни мРНК и белка рилина по сравнению со здоровыми контрольными клетками, но экспрессируют ключевые рецепторы рилина и дополнительный белок DAB1. При выращивании in vitro клетки, полученные от пациентов с шизофренией, были неспособны реагировать на рилин, нанесенный на поверхности культур тканей ; Напротив, клетки, полученные из здоровых контролей, были способны изменять свою миграцию клеток при воздействии рилина. Эта работа продолжала показывать, что отсутствие реакции миграции клеток в клетках, полученных от пациентов, было вызвано неспособностью клетки производить достаточное количество фокальных адгезий подходящего размера при контакте с внеклеточным рилином. Необходимы дополнительные исследования клеточных моделей шизофрении, чтобы изучить функцию рилина или его отсутствие в патофизиологии шизофрении.
Биполярное расстройство
Снижение экспрессии RELN с одновременной активацией DNMT1 типично для биполярного расстройства с психозом, но не характерно для пациентов с большой депрессией без психоза, что может говорить о специфической ассоциации изменения с психозами. Одно исследование предполагает, что, в отличие от шизофрении, такие изменения обнаруживаются только в коре головного мозга и не влияют на более глубокие структуры у пациентов с психотическим биполярным расстройством, поскольку было обнаружено, что их базальные ганглии имеют нормальные уровни DNMT1, и впоследствии уровни как рилина, так и GAD67 были в пределах нормы.
В генетическом исследовании, проведенном в 2009 году, предварительные данные, требующие дальнейшей репликации ДНК, позволили предположить, что вариации гена RELN (SNP rs362719 ) могут быть связаны с предрасположенностью к биполярному расстройству у женщин.
Аутизм
Аутизм - это нарушение психического развития , которое обычно вызывается мутациями в нескольких местах, вероятно, вызванными факторами окружающей среды. Роль катушек при аутизме еще не решена.
Первоначально в 2001 году Рилин участвовал в исследовании, в котором обнаруживалась связь между аутизмом и полиморфным повтором GGC / CGG, предшествующим 5'-инициаторному кодону ATG гена RELN в итальянской популяции. Более длинные триплетные повторы в 5'-области были связаны с увеличением предрасположенности к аутизму. Однако другое исследование 125 семей с множественной заболеваемостью и 68 семей с единичной заболеваемостью следующего года не обнаружило существенной разницы между длиной полиморфных повторов в пораженной и контрольной группе. Хотя с помощью теста на семейную ассоциацию было обнаружено, что более крупные аллели рилина передаются больным детям чаще, чем ожидалось. Дополнительное исследование, в котором изучались 158 субъектов немецкого происхождения, также не обнаружило доказательств полиморфизма триплетных повторов, связанных с аутизмом. А более крупное исследование 2004 года, в котором участвовало 395 семей, не обнаружило связи между аутичными субъектами и тройным повторением CGG, а также размером аллеля по сравнению с возрастом первого слова. В 2010 году большое исследование с использованием данных 4 европейских когорт обнаружило некоторые доказательства связи между аутизмом и полиморфизмом rs362780 RELN.
Исследования трансгенных мышей наводят на мысль об ассоциации, но не являются окончательными.
Височная эпилепсия: дисперсия гранулярных клеток
Было обнаружено, что снижение экспрессии рилина в образцах ткани гиппокампа от пациентов с височной эпилепсией напрямую коррелирует со степенью дисперсии гранулярных клеток (GCD), основной характеристикой заболевания, которая отмечается у 45–73% пациентов. Дисперсия, согласно небольшому исследованию, связана с гиперметилированием промотора RELN. Согласно одному исследованию, длительные припадки на крысиной модели мезиальной височной эпилепсии привели к потере рилин-экспрессирующих интернейронов и последующей эктопической миграции цепей и аберрантной интеграции клеток зубчатых гранул новорожденных. Без reelin нейробласты, мигрирующие по цепи, не могут должным образом отделиться. Кроме того, в каинатной индуцированных мыши модели эпилепсии, экзогенный рилин помешал НОД, согласно одному исследованию.
Болезнь Альцгеймера
Рецепторы Reelin ApoER2 и VLDLR принадлежат к семейству генов рецепторов LDL . Все члены этого семейства являются рецепторами аполипопротеина E (ApoE). Поэтому их часто называют синонимами «рецепторы ApoE». ApoE встречается в 3 распространенных изоформах (E2, E3, E4) в человеческой популяции. ApoE4 является основным генетическим фактором риска болезни Альцгеймера с поздним началом . Эта сильная генетическая ассоциация привела к предположению, что рецепторы ApoE играют центральную роль в патогенезе болезни Альцгеймера. Согласно одному исследованию, экспрессия рилина и паттерны гликозилирования изменяются при болезни Альцгеймера . В коре головного мозга пациентов уровни рилина были на 40% выше по сравнению с контрольной группой, но уровни белка в мозжечке оставались нормальными у тех же пациентов. Этот результат согласуется с более ранним исследованием, показывающим присутствие рилина, связанного с амилоидными бляшками, на модели трансгенных мышей с БА. Большое генетическое исследование 2008 года показало, что вариабельность гена RELN связана с повышенным риском болезни Альцгеймера у женщин. Количество рилин-продуцирующих клеток Кахаля-Ретциуса значительно снижается в первом кортикальном слое пациентов. Было показано, что рилин взаимодействует с белком-предшественником амилоида и, согласно одному исследованию in vitro, способен противодействовать Aβ-индуцированному ослаблению активности рецептора NMDA . Это модулируется изоформами ApoE, которые избирательно изменяют рециркуляцию ApoER2, а также рецепторов AMPA и NMDA.
Рак
Паттерны метилирования ДНК в опухолях часто изменяются, и это может повлиять на ген RELN: согласно одному исследованию, при раке поджелудочной железы экспрессия подавляется вместе с другими компонентами пути рилина. все еще выраженный рилин привел к повышенной подвижности и инвазивности. Напротив, при раке простаты экспрессия RELN чрезмерна и коррелирует с оценкой Глисона . Ретинобластома представляет собой еще один пример сверхэкспрессии RELN. Этот ген также неоднократно мутировал в случаях острого лимфобластного лейкоза .
Другие условия
Одно общегеномное исследование ассоциации указывает на возможную роль вариаций гена RELN в отосклерозе , аномальном росте кости среднего уха . При статистическом поиске генов, которые по-разному экспрессируются в головном мозге устойчивых к церебральной малярии мышей и мышей, чувствительных к церебральной малярии, Delahaye et al. обнаружил значительную активацию как RELN, так и DAB1 и высказал предположение о возможных защитных эффектах такой сверхэкспрессии. В 2020 году в исследовании сообщалось о новом варианте гена RELN (S2486G), который был связан с анкилозирующим спондилитом в большой семье. Это предполагает потенциальное понимание патофизиологического участия рилина через пути воспаления и остеогенеза в анкилозирующем спондилите и может расширить горизонт в сторону новых терапевтических стратегий. Исследование 2020 года, проведенное Юго-западным медицинским центром UT, предполагает, что уровни циркулирующего рилина могут коррелировать с тяжестью и стадиями рассеянного склероза, и что снижение уровней рилина может быть новым способом лечения рассеянного склероза.
Факторы, влияющие на экспрессию катушки
Экспрессия reelin контролируется рядом факторов, помимо огромного количества клеток Кахаля-Ретциуса. Например, фактор транскрипции TBR1 регулирует RELN вместе с другими генами, содержащими Т-элемент . На более высоком уровне было обнаружено, что усиление материнской заботы коррелирует с экспрессией рилина у крысят; такая корреляция наблюдалась в гиппокампе и коре головного мозга. Согласно одному сообщению, длительное воздействие кортикостерона значительно снижает экспрессию рилина в гиппокампе мышей, что, возможно, имеет отношение к гипотетической роли кортикостероидов в депрессии . Одно небольшое посмертное исследование обнаружило повышенное метилирование гена RELN в неокортексе людей, прошедших период полового созревания, по сравнению с теми, кто еще не вступил в период созревания.
Психотропные препараты
Поскольку рилин причастен к ряду заболеваний головного мозга и его экспрессия обычно измеряется посмертно, важно оценить возможные эффекты лекарств.
Согласно эпигенетической гипотезе, препараты, которые сдвигают баланс в пользу деметилирования, обладают потенциалом смягчить предполагаемое вызываемое метилированием подавление RELN и GAD67. В одном исследовании было показано, что клозапин и сульпирид, но не галоперидол и оланзапин, увеличивают деметилирование обоих генов у мышей, предварительно обработанных l-метионином. Предполагается , что вальпроевая кислота , ингибитор гистондеацетилазы , при приеме в сочетании с нейролептиками дает некоторые преимущества. Но есть исследования, противоречащие основной посылке эпигенетической гипотезы, и исследование Fatemi et al. не показывает увеличения экспрессии RELN под действием вальпроевой кислоты; это указывает на необходимость дальнейшего расследования.
Fatemi et al. провели исследование, в котором уровни мРНК RELN и белка рилина были измерены в префронтальной коре головного мозга крыс после 21-дневного внутрибрюшинного введения следующих препаратов:
| Выражение Reelin | Клозапин | Флуоксетин | Галоперидол | Литий | Оланзапин | Вальпроевая кислота |
|---|---|---|---|---|---|---|
| белок | ↓ | ↔ | ↓ | ↓ | ↑ | ↔ |
| мРНК | ↑ | ↑ | ↓ | ↑ | ↑ | ↓ |
В 2009 году Fatemi et al. опубликовал более подробную работу на крысах, принимавших то же лекарство. Здесь, помимо самого рилина, была измерена корковая экспрессия нескольких участников ( VLDLR , DAB1 , GSK3B ) сигнальной цепи, а также экспрессия GAD65 и GAD67 .
использованная литература
Рекомендуемая литература
- Книга: Фатеми, С. Хоссейн (2008). Рилин гликопротеин: структура, биология и роль в здоровье и болезнях . Молекулярная психиатрия . 10 . Берлин: Springer. С. 251–7. DOI : 10.1038 / sj.mp.4001613 . ISBN 978-0-387-76760-4. PMID 15583703 . S2CID 21206951 .
- Обзор: Förster E, Jossin Y, Zhao S, Chai X, Frotscher M, Goffinet AM (февраль 2006 г.). «Недавний прогресс в понимании роли рилина в радиальной миграции нейронов с особым акцентом на зубчатой извилине». Европейский журнал неврологии . 23 (4): 901–9. DOI : 10.1111 / j.1460-9568.2006.04612.x . PMID 16519655 . S2CID 25269492 .
внешние ссылки
Статьи, публикации, веб-страницы
-
"Габриэлла Д'Арканджело" . Университет Рутгерса. Архивировано из оригинала 25 июля 2008 года . Проверено 23 августа 2008 года .
ученый, открывший ген и белок рилина
- Human RELN в WikiGenes
Рисунки и изображения
- «Экспрессия гена Reelin у мышей» . Карта экспрессии генов мозга . Детская исследовательская больница Св. Иуды. Архивировано из оригинала 23 января 2005 года . Проверено 23 августа 2008 года .
- «Схематическое изображение передачи сигналов через члены семейства LDLR apoER2 и рецептор VLDL» . Проверено 23 августа 2008 года .- Рисунок из Beffert U, Stolt PC, Herz J (март 2004 г.). «Функции рецепторов липопротеинов в нейронах» . Журнал липидных исследований . 45 (3): 403–9. DOI : 10,1194 / jlr.R300017-JLR200 . PMID 14657206 .
- «Предлагаемый механизм, с помощью которого промотор RELN мыши регулирует экспрессию гена рилина» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . Проверено 23 августа 2008 года .- Рисунок из Донга Э., Аджис-Бальбоа Р.С., Симонини М.В., Грейсона Д.Р., Коста Э., Гуидотти А. (август 2005 г.). «Ремоделирование промотора декарбоксилазы 67 рилина и глутаминовой кислоты в мышиной эпигенетической модели шизофрении, индуцированной метионином» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (35): 12578–83. Bibcode : 2005PNAS..10212578D . DOI : 10.1073 / pnas.0505394102 . PMC 1194936 . PMID 16113080 .
-
«Кортикогенез у мышей дикого типа, мутантных по Рилеру и β1-дефицитных мышей» . Архивировано из оригинального 24 декабря 2007 года . Проверено 23 августа 2008 года .
Наглядное изображение различия, которое отсутствие катушки привносит в структуру коры головного мозга.
Цитировать журнал требует|journal=( помощь )- Рисунок из Magdaleno SM, Curran T (декабрь 2001 г.). «Развитие мозга: интегрины и путь Reelin» . Текущая биология . 11 (24): R1032-5. DOI : 10.1016 / S0960-9822 (01) 00618-2 . PMID 11747842 . S2CID 8790079 . - Hong SE, Shugart YY, Huang DT, Shahwan SA, Grant PE, Hourihane JO и др. (Сентябрь 2000 г.). «Аутосомно-рецессивная лиссэнцефалия с гипоплазией мозжечка связана с мутациями RELN человека». Генетика природы . 26 (1): 93–6. DOI : 10.1038 / 79246 . PMID 10973257 . S2CID 67748801 .
