Маркеры стволовых клеток регулируют образование синапсов

В биологии стволовых клеток найдется немного белков, изученных лучше, чем нестин, чье присутствие в незрелой клетке определяет последнюю как «стволовую клетку» (например, как в невральной стволовой клетке). Но несмотря на это, до сих пор никто не знал, какую роль нестин выполняет в клетке. В исследовании, опубликованном 30 января 2011 г. в онлайновой версии журнала «Nature Neuroscience», группа ученых из Института биологических исследований Солка под руководством доктора Куо-Фен Ли показала, что у нестина есть причины для нахождения в совершенно другом типе клетки – в клетке мышечной ткани. Там он регулирует формирование так называемого нервномышечного соединения – точки соприкосновения между мышечными клетками и их моторными нейронами.

Знание этого не только углубляет наше понимание сигнальных механизмов, соединяющих мозг с мышцами, но и может помочь усилить эти связи в случаях нервно-мышечных заболеваний или повреждений спинного мозга. «Нестин является давно известным белком-биомаркером, но до сих пор никто не знал, какую функцию он выполняет в живом организме, – говорит профессор Ли из Лабораторий Фонда Клэйтона. – Наше исследование первым показало, что нестин на самом деле выполняет физиологическую функцию».

Исследователи и раньше знали, что поскольку нервно-мышечные соединения формируются в развивающемся эмбрионе, так называемые положительные факторы скрепляют связи между входящими нервными волокнами и плотными кластерами рецепторов нейромедиаторов, встречающимися на мышечных волокнах. Однако в своей статье, опубликованной в 2005 году в журнале «Neuron», Ли определил уравновешивающий фактор – белок cdk5 (циклин-зависимая киназа 5), который разгоняет или рассеивает ненужные мышечные рецепторы, лежащие вне зоны контакта, или синапса, что говорит о том, что поддерживаются только самые эффективные связи.

Данное исследование было направлено на изучение того, как cdk5, который в качестве катализатора добавляет химические группы фосфата в белки-мишени, устраняет бесполезные «внесинаптические» связи. Придя к выводу, что действие cdk5 должно проявляться в химическом изменении второго белка, доктор Джифей Янг, научный сотрудник лаборатории профессора Ли и первый автор данного исследования, взялся за обнаружение его «пары».

Он начал с того, что исключил главных подозреваемых из множества белков, обнаруженных на мышечной стороне синапса. «Вначале это напоминало стрельбу в темноте, потому что у cdk5 имеется множество потенциальных мишеней в нервно-мышечных соединениях», – говорит Янг. После исключения очевидных кандидатов ученые наконец изучили нестин, основываясь на данных, что cdk5 может фосфорилировать нестин в некоторых тканях.

Для анализа нестина группа ученых использовала мышей-мутантов, у которых был генетически удален агрин – положительный фактор, стабилизирующий синапс. Как и было предсказано, микроскопическое исследование мышечной ткани диафрагмы мышей-мутантов показало полную потерю плотных кластеров рецепторов, характерных для зрелого синапса, что означает, что в отсутствие агринового «цемента» функция рассеивания синапсов уничтожила кластеры.

Однако когда этим мышам ввели реагент РНК, который буквально «нокаутирует» экспрессию нестина, ученые сделали поразительное открытие: на мышечной ткани диафрагмы вновь возникала структура кластеров рецепторов, напоминающая синапсы нормальной мыши, что означало, что избавление от нестина позволяет синапсам продолжать развиваться даже в отсутствие связующего звена – глии (или нейроглии – ткани, заполняющей пространства между нервными клетками, их отростками и сосудами в центральной нервной системе).

«Этот эксперимент на живых организмах дал нам очень важную генетическую информацию, – объясняет профессор Ли. – Позже мы определили, что основная функция нестина заключается в отправке cdk5 и его cо-активаторов к мембране мышцы, что приводит к активации cdk5 и началу процесса дисперсии». Дополнительные эксперименты подтвердили, что нестин экспрессируется в нервно-мышечном соединении на стороне мышцы, другими словами, в «правильном» месте, и что фосфорилирование нестина необходимо для выполнения им этой новой функции.

Профессор Ли полагает, что информация, полученная в результате исследования, могла бы способствовать развитию тканезаместительной терапии. «В настоящее время в попытках разработать методы лечения заболеваний мотонейронов или повреждений спинного мозга больше внимания уделяется вопросу – как помочь нейронам выжить, – говорит он. – Конечно, это важно, но мы также должны знать, как правильно сформировать синапс. Если мы не сможем этого сделать, нервно-мышечное соединение не будет функционировать правильно».

Доктор Янг, изучавший модельных животных с заболеваниями моторных нейронов еще будучи студентом, согласен с этими утверждениями. «Одна долгосрочная цель этого исследования заключается в определении методов угнетения cdk5/нестина, – говорит он. – Это могло бы замедлить ухудшение состояния синапсов при заболеваниях нервно-мышечных соединений, таких как боковой амиотрофический склероз (болезнь Лу Герига) или спинальная мышечная атрофия, которой характерен дисбаланс положительных и отрицательных сигналов. Один метод должен ускорить передачу положительных сигналов, а другой – приостановить передачу отрицательных сигналов, чтобы замедлить развитие болезни».

Источник: medicaldaily.com
Перевод: Vitaminov.net