Диссертация (1145638), страница 9
Текст из файла (страница 9)
19)1, 2Нуклеация иэлонгация АФ3Связываниемономеров актина4Связывание(+)-конца АФДеполимеризация(-)-конца АФ56Связывание АФ78Ретроградныйпоток F-актинаСвязывание(+)-конца МТ(+TIPs)9Стабилизация МТ10Связь МТ с АФНазвание гена у D. melanogasterСинонимSuppressor of profilin 2 (Sop2)Actin-related protein 66B (Arp66B)Arp14D, Arc-p34, Arpc3A/3B, Arc-p20, p16-Arcdishevelled associated activator ofmorphogenesis (DAAM)enabled (ena)capulet (capt)ciboulot (cib)chickadee (chic)twinfilin (twf)capping protein α (cpa)capping protein β (cpb)twinstar (tsr)flightless I (fliI)quail (qua)ArpC1Arp3Arp2, ArpC2-C5-singed (sn)α Actinin (Actn)Fimbrin (Fim)cheerio (cher)Abelson (Abl)zipper (zip)spaghetti squash (sqh)CLIP-190chromosome bows (chb)eb1, CG18190, CG32371APC-like (Apc)Apc2futschtaushort stop (shot)pod-1ENA/VASPacu, CAPprofilin, sandADF/cofilin(gelsolin family)villin-related (gelsolinfamily)Fascinflightless AFilaminmyosin heavy chainmyosin II light chainCLASP, Orbit/MASTApc1MAP1B, mAB22C10kakapo, grooving-Белки, участвующие в регуляции динамики цитоскелета, контролируют нуклеацию(зарождение), разделение, сшивание и кэпирование АФ, обеспечивают круговорот мономеровактина и связь АФ с МТ.
Направленная подвижность филоподий в конусе роста аксонаобусловлена динамическим ремоделированием в них актинового цитоскелета в ответ нанавигационные сигналы (Korey and Van Vactor, 2000; Sanchez-Soriano et al., 2007).Актиновый цитоскелет образован актиновыми филаментами (АФ), состоящими из Fактина. АФ - это полярный правозакрученный филамент толщиной 9 нм, способный удлинятьсяс обоих концов: и с (+)-конца («оперённый» конец, barbed end), и с (-)-конца («заострённый»конец, pointed end). Критическим условием для роста АФ является концентрация мономеровактина – G-актина. Достаточной концентрацией для удлинения (+)-конца является 0.1 μМ,44(-)-конца – 0.8 μМ.
Из-за этих отличий, при концентрации G-актина в пределах этих значений,удлинение (+)-конца происходит одновременно с укорочением (-)-конца АФ, что обеспечиваеткруговорот актина в конусе роста аксона (Menon and Gupton, 2016). Белки, участвующие вдинамике цитоскелета, крайне важны для различных этапов развития нейронов. К таким этапамотносят: рост отростков, спецификацию аксонов, нацеливаание аксонов, формированиедендритов и ветвление аксонов, образование шипиков. Примечательно, что для каждого из этихэтапов ключевое значение имеют различные белки, участвующие в регуляции динамикицитоскелета (Рис. 20; Menon and Gupton, 2016). Соответственно, нарушение функции каждогоизэтихбелковбудетпроявлятьсяспецифически,вбольшейстепенизатрагиваясоответствующий этап развития нейронов.
Таким образом, дисбаланс факторов, участвующих врегуляции динамики цитоскелета, приводит к возникновению характерных аномалий вструктуре мозга.У D. melanogaster одним из актин-связывающих белков является продукт гена Ciboulot(Cib), экспрессирующегося на детектируемом уровне в ряде нейронов формирующихсягрибовидных тел и эллипсоидного тела (ЭТ) (Boquet et al., 2000b).
Cib связывает G-актин и,таким образом, вовлечён в динамику актинового цитоскелета в растущих аксонах этихнейронов (Boquet et al., 2000a). В результате потери функции белка Cib в мозге имагонарушается структура ЭТ, в норме имеющего форму тора. Дефект формирования ЭТ умутантов по гену cib характеризуется варьирующей экспрессивностью: у одних особей ЭТоказывается практически полностью сформированным, но разомкнутым на вентральнойстороне, а у других – выявляется в виде полукольца. Природа этого дефекта кроется в арестероста и/или арборизации аксонов, формирующих ЭТ (Boquet et al., 2000a).
Примечательно, чтоструктура грибовидных тел у таких мутантов не нарушена. По-видимому, этот феномен связанс особенностью роста аксонов грибовидных тел (Boquet et al., 2000a): в отличие от аксоновнейронов ЭТ, аксоны нейронов грибовидных тел растут вдоль аксонов пионерных нейронов,указывающих им путь (Tettamanti et al., 1997; Armstrong et al., 1998). Напротив, увеличениеэкспрессии cib приводит к избыточному росту аксонов вβ-доле грибовидных тел, но неоказывает существенного влияния на структуру ЭТ (Boquetet al., 2000a), что тоже, по-видимому, объясняется особенностями формирования этих нервных центров.Другим примером служит ген chickadee (chick), кодирующий у дрозофилы гомолог белкаProfilin, способствующего росту АФ путем связывания и полимеризации G-актина (Dent et al.,2011; Menon and Gupton, 2016).
Ген chick был идентифицирован в скрининге, направленном напоиск мутаций, влияющих на рост аксонов моторых нейронов у личинки D. melanogaster (VanVactoretal.,1993).Мутациивгенеchickуличинкидрозифилыприводятк45Рисунок 20. Стадии развития нейронов и ассоциированные с цитоскелетом белки, участвующие врегуляции этих этапов (Menon and Gupton, 2016).46преждевременной остановке аксонов моторных нейронов, формирующих межсегментный нервb (intersegmental nerve b, ISNb), до того, как они достигли своих мишеней.
Этот фенотип сходенс фенотипом, проявляющимся у мутантов по гену abelson (abl). Кроме того, генетическийанализ выявил дозозависимое взаимодействие между chick и abl, указывающее на кооперациюсоответствующих белков в процессе роста и нацеливания аксонов (Wills et al., 1999b).Генablкодируеттирозин-киназу,единственнуюизизвестных,способнуюнепосредственно связываться с актином. Взаимодействие с актином позволяет киназе Ablконцентрироваться в непосредственной близости от её ключевых мишеней, регулирующихдинамику цитоскелета в конусе роста аксона (Dent et al., 2011).
Киназа Abl способна связыватьи/или фосфолирировать такие ассоциированные с цитоскелетом белки, как: Cortactin,Ena/VASP, а также белки семейсва WAVE, тем самым регулируя их активность (SanchezSoriano et al., 2007; Dent et al., 2011). Белок Ena способствует полимеризации актина,взаимодействуя с (+)-концом АФ и с комплексом белков семейства Profilin (в т.ч., Chick) c Gактином и облегчая перенос мономерного актина на растущий конец АФ, а также предотвращаяпрекращение удлинения АФ кэпирующими белками (Barzik et al., 2005; Menon and Gupton,2016).
Abl и Ena, по-видимому, функционируют как антагонисты: потеря функции Ena, как исверхэкспрессиия abl, приводит к тому, что аксоны моторных нейронов ISNb «проскакивают»мимо своих мишеней, в ряде случаев возвращаясь к ним обратно (Wills et al., 1999a). Мутации вгенах ena и abl проявляются как рецессивные летали. Интересно, что мутации в гене ena вгетерозиготном состоянии супрессируют летальный эффект потери функции Abl (Gertler et al.,1990, 1995).Согласно современным представлениям, киназа Abl регулирует, как минимум, дванезависимых пути регуляции динамики актинового цитоскелета. С одной стороны, киназа Ablингибирует фактор Ena, способствующий росту линейных АФ.
С другой стороны, Ablзапускает сигнальный каскад, приводящий к ативации белкового комплекса Abi/WAVE,который способствует расширению разветвленных сетей АФ. Комбинация этих эффектоввыполняет Abl-зависимую регуляцию роста и нацеливания аксонов нейронов (Kannan et al.,2017). Эти примеры иллюстрируют, что регуляция динамики цитоскелета, необходима длякорректногоростаинацеливанияаксоновнейроновипредставляетсобойтонкосбалансированную сеть регуляторных каскадов.
Нарушение отдельных звеньев этойрегуляторной сети приводит к различным дефектам роста и нацеливания аксонов нейронов.Следует отметить, что к возникновению аномалий в структуре мозга могут приводитьмутации в актин-связывающих белках, не принимающих непосредственного участия вдинамике цитоскелета в конусах роста аксонов. Таким примером служат мутации в генеellipsoid body open (ebo) (Tran et al., 2013). Ген ebo кодирует белок ядерной оболочки Exportin 647(Exp6), необходимый для выведения G-актина из ядра клетки.
Мутанты по гену eboхарактеризуются фенотипом, сходным с таковым у мутантов по гену cib: в обоих случаях умутантных особей формируется ЭТ аномальной формы – разомкнутое на вентральной стороне.Это указывает на дефекты в нацеливании отростков нейронов ЭТ: они не могут достичь своихмишеней. Формирование мутантного фенотипа у мутантов по гену ebo связывают соснижением концентрации G-актина в конусах роста аксонов нейронов ЭТ из-за накопленияактина в ядрах этих клеток (Tran et al., 2013).1.2.2.4 Связь цитоскелета и локализованных мРНК в развитии и функционированиинервной системыВ процессенейрогенеза, помимоподдержанияформыклетки, распределениягенетического материала по дочерним клеткам, обеспечения роста аксонов и клеточноймиграции, цитоскелет обеспечивает неслучайное распределение в клетке долгоживущих мРНКкак носителей генетической информации.
Матричные РНК (мРНК) перемещаются поцитоскелету в составе рибонуклеопротеиновых (РНП) комплексов и/или заякориваются вопределенном месте клетки, взаимодействуя с элементами цитоскелета (St Johnston, 2005; VanHorck and Holt, 2008). Цитоскелет и связанные с ним белки являются конечной мишеньюсигнальных каскадов (Dent and Gertler, 2003), что позволяет регулировать реализациюнаследственной информации на уровне трансляции долгоживущих мРНК, связанных сцитосклетом, а именно, осуществлять регуляцию экспрессии генетического материалаотносительно независимо от транскрипции.
Такая система быстрого реагирования навнутриклеточныеивнеклеточныесигналыпозволяетсократитьпериодраннегоэмбрионального развития дрозофилы за счет уменьшения продолжительности стадий G1 и G2 вклеточном (ядерном) цикле (Mamon et al., 2017) и стала основой формирования ифункционирования нервной системы, где при формировании синапсов или нацеливанииотростков нейронов важную роль играет локализованная трансляция мРНК (Lin and Holt, 2008).Локализованные долгоживущие мРНК играют важную роль в миграции клеток, а такжев процессе роста и нацеливания аксонов (Рис.
21), поскольку эти мРНК задействованы врегуляции динамики цитоскелета, обеспечивая локальный синтез белков в непосредственнойблизости от мест их функционирования (по: Mingle et al., 2005; Medoni et al., 2012). Лучшевсего изучена роль локализованной трансляции мРНК β-actin в регуляции роста отростковнервных клеток и миграции фибробластов у позвоночных. Помимо мРНК β-actin, в зоне ростаклетоквыявленылокализованныемРНК,кодирующиевсесемьсубъединиц48Рисунок 21. Локализованные мРНК и белки в зоне роста клетки. А: мРНК β-actin (голубые точки) имРНК, кодирующие субъединицы комплекса Arp2/3 (светло-зеленые точки), локализуются на переднемкраю мигрирующих фибробластов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
