Ученые Института Солка обнаружили, что взаимодействие между двумя ключевыми белками помогает регулировать и поддерживать клетки, производящие нейроны. Работа, опубликованная в Cell Stem Cell 14 сентября 2017 года, предлагает понимание того, почему дисбаланс между этими клетками-предшественниками и нейронами может способствовать психическим заболеваниям или возрастным заболеваниям мозга.
"Все чаще мы узнаем, что такие болезни, как шизофрения, депрессия и болезнь Альцгеймера, имеют клеточную основу," говорит Расти Гейдж, профессор лаборатории генетики Солка и старший автор новой работы. "Поэтому мы стремимся понять, как развиваются определенные клетки мозга, что поддерживает их здоровье и почему пожилой возраст или другие факторы могут привести к заболеваниям."
В 1998 году Гейдж возглавил исследовательскую группу, которая обнаружила, что мозг взрослого человека действительно производит новые нейроны, вопреки десятилетиям догм, согласно которым мы рождаемся со всеми нейронами, которые у нас когда-либо будут. С тех пор он разъясняет различные аспекты этого нейрогенеза, а также то, что идет не так при различных неврологических расстройствах. (Например, в 2015 году его лаборатория определила клеточную основу биполярного расстройства.)
В новой работе была предпринята попытка понять, как клетки-предшественники нейронов поддерживают свою клеточную идентичность, когда они делятся и создают нейроны или астроциты. Команда Гейджа уже знала, что ядро клетки – шарообразная мембрана, содержащая геном – выглядит очень по-разному в трех типах клеток, и в каждом из них активны разные гены. Другой профессор Солка и соавтор статьи Мартин Хетцер ранее обнаружил, что белки ядерной мембраны влияют на экспрессию генов в различных типах раковых клеток. Команда Гейджа обратилась к экспертам лаборатории Hetzer, чтобы выяснить, не действует ли что-то подобное в клетках мозга.
"Исследования в моей лаборатории показали, что ядерная мембрана – это динамическая структура, которая играет ключевую роль в регуляции генов развития," говорит Хетцер, главный научный сотрудник Солка и держатель кафедры Фонда Джесси и Кэрил Филипс. "Поэтому нам было очень интересно узнать, что обнаружит лаборатория Гейджа, работающая с совершенно разными типами клеток."
Команда Гейджа провела скрининг клеток мышей и крыс, чтобы увидеть, какие гены транскрибируются в белки в клетках-предшественниках, незрелых нейронах и астроцитах. В предшественниках они обнаружили большое количество белка под названием Nup153, который является частью многопротеинового комплекса, который формирует поры в ядерной мембране, контролируя то, что входит или выходит. Незрелые нейроны имели средний уровень Nup153, а астроциты имели самый низкий уровень. Поскольку все три типа клеток имеют примерно одинаковое количество ядерных пор, команда пришла к выводу, что уровни Nup153 влияют на тип клеток и что высокий уровень необходим для поддержания статуса клеток-предшественников. Это подтверждалось тем фактом, что нарушение функции Nup153 в клетках-предшественниках запускало дифференцировку.
Интересно, что уровни Nup153 также известны как высокие в клетках с повышенным уровнем мобильного белка Sox2, фактора транскрипции, который плавает вокруг ядра, связывается с генами и включает или выключает их. Путем флуоресцентной маркировки Nup153 и Sox2 в разных типах клеток они обнаружили, что Nup153 взаимодействует с Sox2.
"Тот факт, что мы смогли связать факторы транскрипции, которые являются мобильными переключателями, с поровым комплексом, который представляет собой очень стабильную структуру, дает ключ к разгадке того, как клетки поддерживают свою идентичность посредством регулируемой экспрессии генов," говорит Томохиса Тода, научный сотрудник Солка и первый автор статьи.
Затем команда хочет изучить, как взаимодействие комплекса пор с другими факторами транскрипции влияет на функцию нейронов, что может дать понимание основных причин определенных неврологических расстройств.