На фоне поразительной сложности миллиардов нервных клеток и триллионов синаптических связей в головном мозге, как нервные клетки решают, насколько далеко расти или сколько связей нужно построить?? Как они координируют эти события в развивающемся мозгу?
В новом исследовании ученые из Флоридского кампуса Исследовательского института Скриппса (TSRI) пролили новый свет на эти сложные процессы, показав, что конкретный белок играет гораздо более сложную роль в развитии нейронов, чем считалось ранее.
Исследование, опубликованное в журнале PLOS Genetics, фокусируется на большом внутриклеточном сигнальном белке RPM-1, который экспрессируется в нервной системе. Доцент TSRI Брок Грилл и его команда демонстрируют удивительную степень, в которой RPM-1 использует сложные механизмы для регулирования развития нейронов.
В частности, исследование проливает свет на роль RPM-1 в развитии аксонов или нервных волокон – удлиненных выступов нервных клеток, которые передают электрические импульсы от нейрона через синапсы. Некоторые аксоны довольно длинные; в седалищном нерве аксоны проходят от основания позвоночника до большого пальца ноги.
"В совокупности наша недавняя работа предлагает важные доказательства того, что RPM-1 координирует, как долго аксон растет с построением синаптических связей," сказал Гриль. "Понимание того, как эти два процесса развития координируются на молекулярном уровне, чрезвычайно сложно. Сейчас мы добились значительного прогресса."
Собираем кусочки вместе
В исследовании описывается, как RPM-1 регулирует активность одного белка, известного как DLK-1, белка, который регулирует развитие нейронов и играет важную роль в регенерации аксонов. RPM-1 использует PPM-2, фермент, который удаляет фосфатную группу из белка, тем самым изменяя его функцию, в сочетании с активностью убиквитинлигазы для прямого ингибирования DLK-1.
"Исследования RPM-1 имели решающее значение для понимания того, как работает это консервативное семейство белков," сказал Скотт Т. Бейкер, первый автор исследования и член исследовательской группы Гриля. "Поскольку RPM-1 играет несколько ролей во время развития нейронов, вы не захотите вмешиваться в него. Но изучение роли PPM-2 в контроле DLK-1 и регенерации аксонов может быть полезным и может иметь значение при нейродегенеративных заболеваниях."
Лаборатория Гриля также изучила другие аспекты того, как RPM-1 регулирует развитие нейронов. Соответствующее исследование, также опубликованное в PLOS Genetics, показывает, что RPM-1 функционирует как часть нового пути контроля активности β-катенина – это первое доказательство того, что RPM-1 работает в связи с внеклеточными сигналами, такими как семейство факторов роста белков, известных как Wnts, и является частью более крупных сигнальных сетей, которые регулируют развитие. Статья в журнале Neural Development показывает, что RPM-1 локализован как в синапсе, так и на кончике зрелого аксона, что свидетельствует о том, что RPM-1 позиционируется, чтобы потенциально координировать строительство синапсов с регуляцией расширения и прекращения аксона.
Помимо Гриля и Бейкера, в исследовании под названием, "RPM-1 использует механизмы на основе убиквитинлигазы и фосфатазы для регулирования DLK-1 во время развития нейронов."