Диссертация (1145638), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Локальный синтез соответствующих им белков (синие и зеленыезвезды, соответственно) способствует направленной миграции клетки. Б: в конусе роста аксона мРНК βactin (голубые точки) переносится в сторону, ориентированную на привлекающий навигационныйсигнал (красный). Локально синтезированный -актин (синие звезды) накапливается в одном месте,способствуя зарождению актиновых филаментов (фиолетовые линии) и вызывая поворот конуса роста всторону привлекающего навигационного сигнала (Medioni et al., 2012).белкового комплекса ARP2/3 (actin-related proteins), что позволяет собирать этот белковыйкомплекс ARP2/3 непосредственно в месте функционирования. (по: Mingle et al., 2005).Белковый комплекс ARP2/3 способствует сборке актиновых фибрилл, обеспечивает ихветвление и формирование трехмерной сети актиновых филаментов (Dos Remedios et al., 2003).Позднее в исследованиях было выявлено более 50 мРНК, локализованных в зоне ростафибробласта.
Эти мРНК кодируют белки, вовлечённые в такие процессы, как мембранныйтранспорт, сигналинг и организация цитоскелета (Mili et al., 2008).В зоне активного роста клетки образуются ламеллиподии и филоподии, содержащиефиламентозный актин и обогащенные мРНК β-actin и другими мРНК, кодирующими белки,ассоциированные с динамикой цитоскелета (Рис. 21А).
При получении аттрактивного(привлекающего) сигнала запускается трансляция этих мРНК, что способствует локальномусинтезу актина и других белков, необходимых для формирования и роста ламеллиподий всторону получаемого сигнала (по: Mingle et al., 2005; Medoni et al., 2012).
Аналогичнымобразом меняется направление роста аксона (Рис. 21Б) (Leung et al., 2006; Medoni et al., 2012).Локализованнаятрансляциятакжеважнадляустановления,поддержанияивосстановления синаптических контактов: в отростках нервных клеток при формированиисинапсов также происходит локальная трансляция мРНК β-actin, при этом важную роль играютвзаимодействующие с ней РНК-связывающие белки (Klein et al., 2013).
Аппарат трансляцииклетки непосредственно взаимодействует с цитоскелетом: об этомсвидетельствуетспособность фактора элонгации трансляции (EF1 – elongation factor 1) связываться с актином(Singer, 1992; Liu et al., 2002). Полимеризация актина и активация МАР-киназы нужны для49локализации мРНК Arc (activity-regulated cytoskeleton-associated) исключительно в недавноактивированных синапсах (Huang et al., 2007), что существенно для процессов памяти иобучения (Bramham et al., 2008; Steward et al., 2015).Интересно,что смРНКArc непосредственновзаимодействует эволюционно-консервативный белок FMRP (Fragile X Mental Retardation Protein), связывающий определённыемРНК и входящий в состав транспортных РНП-гранул в нейронах. FMRP специфическисвязывает определенные мРНК, предотвращая их преждевременную трансляцию, и играетважную роль в развитии и функционировании нервной системы, участвуя в таких процессах,как: рост аксонов, образование шипиков, формирование, расширение и оптимизация (прунинг)нейронных сетей (Bassell and Warren, 2008; Tessier and Broady, 2008).
Потеря функции белкаFMRP приводит к возникновению синдрома ломкой X-хромосомы (Fragile X Syndrome, FraX),для которого характерно нарушение умственных способностей и аутизм. Считается, что воснове этих проявлений лежат структурно-функциональные дефекты мозга, появляющиеся врезультате нарушения регуляция трансляции мРНК-мишеней белка FMRP (Bhakar et al., 2012;Hagerman et al., 2017).Неслучайная локализация мРНК признана центральным механизмом, используемым вомногих (если не во всех) поляризованных клетках, играющим ключевую роль в различныхпроцессах развития в широком диапазоне организмов (Medoni et al., 2012).
Помимо мРНК,важную роль в этих процессах играют РНК-связывающие и адаптерные белки, обеспечивающиевнутриклеточный транспорт и локализацию мРНК в местах постоянной дислокации, а такжезащищающие эти мРНК от преждевременной трансляции и деградации.1.2.3. Оптимизация коннектома: уничтожение ненужных нейронов и излишнихи/или некорректных связей между нейронамиДля формирования корректно функционирующего мозга очень важны такие процессы,как оптимизация коннектома, скульптурирование функциональных центров мозга и устранение«неточностей» и ошибок, возникающих в ходе его формирования. В этих процессах важнуюроль играет реализация механизмов, контролирующих программируемую клеточную гибель(ПКГ) и прунинг – элиминация отростков нейронов, проходящий при участии каспаз, но неприводящий к гибели клетки (Yamaguchi and Miura, 2015a,b).
Эти процессы важны дляобеспеченияколичественногосоответствиянейроновсвоиммишеням,элиминациинекорректных связей между нейронами, а также при ремоделировании нервной системы впериод метаморфоза (Рис. 22; Yamaguchi and Miura, 2015a,b).50Рисунок 22. Пути оптимизации коннектома в развитии. А –количественное соответствие нейроновсвоим мишеням; Б – элиминация некорректных связей между нейронами; В – ремоделирование нервнойсистемы; Г – варианты активации каспаз, приводящие к различным эффектам. Крестиком отмеченыгибнущие нейроны, серым цветом – нефункциональные нейроны и разбирающиеся отростки, другимицветами – различные функциональные нейроны и их отростки (по: Yamaguchi and Miura, 2015a, 2015b,).Классические исследования на птицах показали, что при формировании у нихзрительной системы нейроны, проецирующиеся в «неправильные» или «неприемлемые» сайты(т.е.
в области, которые обычно не иннервируются этими нейронами у полностьюсформированного организма), подвергаются ПКГ (Clarke, 1992). Позднее на мышах идрозофилах было продемонстрировано, что ингибирование апоптоза предотвращает регрессиюаберрантных аксональных проекций в нескольких нейронных системах, что указывает на рольПКГ в устранении нейронов, проецирующихся в аберрантные сайты (Baek et al., 2013; Buss etal., 2006; Jiang and Reichert, 2012; Rogulja-Ortmann et al., 2007). В исправлении ошибокнацеливания аксонов нейронов, возникающих в результате мутаций, тоже задействована ПКГ(Clarke et al., 1998). Например, у мух, несущих мутации в гомеобоксных генах,задействованных в определении нейронной идентичности (например, Antp, labial, Dfd и Scr),нейроны проявляют аберрантное нацеливание аксонов, и подвергаются ПКГ (Baek et al., 2013;Kuert et al., 2012, 2014).Устранениеуниверсальнымаберрантномеханизмом.нацеленныхМногиенейронов сразвивающиесяпомощьюнейроныПГКмогутнеявляетсяубиратьилидегенерировать свои отростки посредством различных сигнальных путей, не вызывая при этомгибель клеток (Buss et al., 2006).
Примерами могут служить: слабая и/или временная активациякаспаз и локальная активация каспаз (Рис. 22 Г). В нескольких исследованиях показано, чтолокальная активация каспаз связана с дегенерацией аксонов, ветвлением отростков ипрунингом дендритов и не вызывает гибель нейронов (Campbell and Okamoto, 2013; Dekkerset al., 2013; Kuo et al., 2006; Lee et al., 2009; Nicolaev et al., 2009; Schoenmann et al., 2010;Williams et al., 2006), что делает этот механизм важным для формирования и уточнениянейронных цепей.
Недавние исследования с использованием репортеров для выявления51активности каспаз и апоптотических сигналов успешно продемонстрировали неапоптотическуюактивацию каспазы, происходящую в одной клетке в реальном времени в нервной системе(Hyman and Yuan, 2012; Spiers-Jones et al., 2008). На ряде нейронов в эмбрионах рыбок даниобыло показано, что каспаза-9 и каспаза-3 локально и временно активируются, вероятно, нижепо течению от сигнального пути Slit-Robo (Campbell and Okamoto, 2013). Полагают, чтосуществуют механизмы, предотвращающие распространение локальной активации каспазы вцелую клетку, что привело бы к её гибели (Cusack et al., 2013; Dekkers et al., 2013; Kuo et al.,2006; Nikolaev et al., 2009; Williams et al., 2006).Отношения между различными вариантами активации каспаз, не приводящими к гибеликлетки,и апоптозом аберрантных нейронов в процессах оптимизации коннектома ещепредстоит определить.
В совокупности эти исследования показывают, что, хотя обычноаберрантное нацеливание нейритов приводит к гибели клеток, такой сценарий не являетсяуниверсальным для всех типов нейронов, а результат активации каспаз приводит к различнымрезультатам в зависимости от контекста (Yamaguchi and Miura, 2015a).1.3Белки семейства NXF в ядерно-цитоплазматическом экспорте и дальнейшейсудьбе мРНК в клетках нервной системыВ клетках эукариот процессы транскрипции и трансляции разобщены в пространстве ивремени.
Эта особенность делает необходимым обеспечение экспорта мРНК из ядра вцитоплазму. Существует 3 основных механизма экспорта мРНК: NXF1-зависимый путь, CRM1зависимый путь и отпочковывание РНП-частицы от ядерной мембраны (Natalizio and Wente,2013; Delaleau and Borden, 2015; Bjӧrk and Wieslander, 2017). Большинство мРНКнеспецифически экспортируют гетеродимеры с общим названием NXF1-NXT1 (у дрожжей этоMEX67-MTR2, у человека TAP-p15). Эти белки эволюционно-консервативны и являютсяжизненно-важными для клетки (Segref et al.,1997; Herold et al., 2001; Wilkie et al., 2001;Izaurralde, 2002; Tan et al., 2005).1.3.1 NXF1-опосредованный экспорт мРНК из ядра в цитоплазму клетки1.3.1.1 Доменная структура белков семейства NXFБелки NXF называют транспортными рецепторами РНК, поскольку функции рецепции итранспорта мРНК объединены в одной молекуле: за связывание с мРНК и белками-партнёрамиотвечает N-терминальная половина белка, а за взаимодействие с ядерным поровым комплексом52(ЯПК) и кофактором р15 (NXT1) – С-терминальная.
Среди белков семейства NXF наиболееизученным является белок NXF1 человека (Рис. 23), который первоначально был открыт какбелок, ассоциированный с белком Tip (tyrosine kinase interacted protein), вовлеченным вконтроль клеточной адгезии, и получил название TAP (Tip-associated protein) (Yoon et al., 1997).Рисунок 23. Структурно-функциональная организация белка TAP (Hs NXF1). Объяснение ирасшифровка названий доменов – в тексте (по Braun et al., 2001; Matzat et al., 2008; Li et al., 2016).N-терминальная часть белка TAP содержит: NLS (nuclear localization signal) – сигналядерной локализации, необходимый для попадания белка в ядро (Kang and Cullen, 1999), РНКсвязывающий домен (RBD – RNA-binding domain) и домен, содержащий богатые лейцином повторы(LRR – leucine-rich repeat). NLS белка TAP способен взаимодействовать с пятью различнымикариоферинами (Impβ, Imp4, Imp11, Impα и Kapβ2), импортирующими белки в ядро (Zhang et al.,2011). Домен RBD содержит два узнающих РНК мотива RRM (RNA recognition motifs), присутствиекоторых характерно для многих РНК-связывающих белков.
В домене LRR представлено 4тандемных лейциновых повтора (Liker et al., 2000). Несмотря на то, что для связывания РНК in vitroдостаточно только домена RBD, для экспорта мРНК in vivo и для специфического связывания РНК,содержащих СТЕ (Constitutive Transport Element), необходимо также наличие домена LRR (Liker etal., 2000; Katahira et al., 1999).С-терминальная половина белка TAP содержит два домена: NTF2-like - (nuclear transportfactor 2 like) и UBA (ubiquitin associated). Домен NTF2-like обеспечивает взаимодействие TAP сбелком p15 и гомологичен фактору NTF2, который импортирует RanGDP в ядро.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
