Обнаружен молекулярный переключатель, контролирующий миграцию нейронов в развивающемся мозге
Исследователи из детской больницы Святого Джуда (St. Jude Childrens Research Hospital) определили ключевые компоненты сигнального пути, который контролирует выход нейронов из отдела мозга, в котором они формируются, и позволяет этим клеткам начать миграцию к их конечному пункту назначения. Неполадки в этой системе негативно отражаются на структуре мозга и влекут за собой эпилепсию, олигофрению и возможно злокачественную опухоль головного мозга.
Это открытие помогает понять сущность развития мозга, а также дает ключ к пониманию механизма работы других развивающихся тканей и систем органов, особенно в отношении эпителия, покрывающего поверхность тела. Эта работа была опубликована 25 ноября в онлайн журнале Наука (Science), на вебсайте Science Express.
«Нейроны рождаются в зародышевых зонах мозга, а то местоположение, которое они занимают в зрелом мозге, иногда находится довольно далеко. Клеткам необходимо двигаться физически, чтобы добраться до этого конечного пункта назначения», — рассказывает Дэвид Солеки (David Solecki), доктор философии, сотрудник отделения экспериментальной нейробиологии в больнице Святого Джуда и основной автор данной работы. «Если этот процесс будет нарушен, последуют серьезные повреждения в структуре мозга, от чего чаще всего страдают дети».
В этой работе исследователи определили не только молекулярные комплексы, которые антагонистично работают при контролировании выхода клеток мозга из зародышевых зон, но и адгезивную молекулу, которая функционирует как пропускной билет для клеток. Солеки и его коллеги продемонстрировали, что высокий уровень убиквитин-лигазы Siah блокирует выход нейронов, принимая участие в самой важной части механизма миграции клетки с целью деградации белков посредством процесса, известного как убиквитинирование. Целью Siah является Pard3A, часть комплекса PAR.
Изменяя уровень Siah и Pard3A, исследователи показали, что когда производимый нейронами Siah уменьшается, а Pard3A увеличивается, клетки начнут движение из зародышевой зоны. Такое изменение заставляет клетки поменять свой миграционный путь и направиться к месту, где они встроятся в структуру мозга. Это исследование впервые демонстрирует, как деятельность комплекса PAR регулируется белком Siah, мишенью для которого служит убиквитин.
Исследователи применили технологию замедленной съемки для непосредственного наблюдения и документирования данного процесса в развивающемся мозжечке, области, которая отвечает за поддержание равновесия и координацию движений. Нейроны представляют собой специализированные клетки, которые формируют нервную систему.
Далее, исследователи установили, что Siah-Pard3A регулирует миграцию нейронов через синаптическую адгезивную молекулу JAM-C (англ. junctional adhesion molecule C). Было продемонстрировано, что подавление производства JAM-C в нейронах или предотвращение прикрепления JAM-C к Pard3A способно блокировать миграцию нейронов из зародышевой зоны.
«Подобная система в клетках эпителия основывается на способности JAM-C держать клетки вместе, в ходе процесса, для которого также необходимо, чтобы адгезивная молекула соединялась с комплексом PAR», — говорит Солеки. Но это всего лишь первый доклад о работе такого механизма в развивающемся мозге.
Более ранняя работа Солеки и других сотрудников этой лаборатории показала, что нейроны мигрируют к своему конечному местоположению, проходя по тонким волокнам, произведенными клетками мозга, известными как глиальные клетки. Это исследование предполагает, что экспрессия JAM-C на поверхность развивающихся нейронов позволит этим клеткам взаимодействовать со своим окружением с целью достижения глиальных клеток. «Без JAM-C нейроны не двигаются в свой конечный пункт назначения», — объясняет он.
Исследователи разработали флуоресцентный зонд, который в сочетании с замедленной съемкой показывает видеоизображение в режиме реального времени, демонстрирующее как клетки соединяются друг с другом, что стало возможным впервые. «До сих пор, прикрепление клеток друг к другу было сложно обнаружить, а применяемые технологии были очень трудоемкими», — говорит Солеки. «С помощью этого метода получилось увидеть, что же делают клетки. Было очень интересно впервые наблюдать скопление живых нейронов и процесс соединения клеток».
Результаты исследования могут также дать ключ к пониманию процесса распространения злокачественной опухоли головного мозга. Солеки отметил, что некоторые виды самой распространенной опухоли головного мозга в педиатрии, медуллобластомы, имеют общие черты с незрелыми нейронами и, по-видимому, не могут покинуть мозжечковую зародышевую зону. По словам Солеки, Siah и Pard3A могли бы помочь вникнуть в сущность вовлеченных механизмов.
Источник: medicaldaily.com
Перевод: Vitaminov.net
