Navinout - Reelin
Reelin ( RELN ) je velký sekretovaný extracelulární matrix glykoprotein, který pomáhá regulovat procesy neuronální migrace a polohování v rozvíjejícím se mozku kontrolou interakcí buňka -buňka . Kromě této důležité role v raném vývoji naviják pokračuje v práci v mozku dospělých. Moduluje synaptickou plasticitu zlepšením indukce a udržení dlouhodobé potenciace . To také stimuluje dendritů a dendritických páteře rozvoje a reguluje pokračující migraci Neuroblasty generovaných v neurogenesis dospělé památek, jako je subventrikulární a subgranular zón . Nachází se nejen v mozku, ale také v játrech , štítné žláze , nadledvinách , vejcovodu , prsu a ve srovnatelně nižších hladinách v řadě anatomických oblastí.
Bylo navrženo, aby se Reelin podílel na patogenezi několika mozkových chorob. Bylo zjištěno, že exprese proteinu je významně nižší u schizofrenie a psychotické bipolární poruchy , ale příčina tohoto pozorování zůstává nejistá, protože studie ukazují, že samotná psychotropní medikace ovlivňuje expresi reelinu . Epigenetické hypotézy zaměřené na vysvětlení změněných úrovní exprese reelinu jsou navíc kontroverzní. Celkový nedostatek reelinu způsobuje formu lissencefalie . Reelin může také hrát roli při Alzheimerově chorobě , epilepsii temporálního laloku a autismu .
Název Reelin pochází z abnormální navíjení chůzi z reeler myší, které byly později zjištěno, že mají nedostatek tohoto mozku proteinu a byly homozygotní pro mutaci genu RELN. Primárním fenotypem spojeným se ztrátou funkce reelinu je porucha neuronální polohy v celém vyvíjejícím se centrálním nervovém systému (CNS). Myši heterozygotní pro gen reelinu, i když mají malé neuroanatomické defekty, vykazují endofenotypové znaky spojené s psychotickými poruchami.
Objev
Mutantní myši poskytly vhled do základních molekulárních mechanismů vývoje centrálního nervového systému . Užitečné spontánní mutace poprvé identifikovali vědci, kteří se zajímali o motorické chování , a ukázalo se, že je relativně snadné vyšetřit spolubydlící z vrhu na myši, které vykazovaly potíže s pohybem po kleci. Byla nalezena řada takových myší, které dostaly popisná jména jako naviják, tkadlec, lurcher, nervózní a potácející se.
Dále jen „ reeler “ myš byla popsána poprvé v roce 1951 DSFalconer v Edinburgh University jako spontánní varianty vzniklé v kolonii alespoň mírně inbrední zasněžené-bílé břicho myší fondu v roce 1948. histopatologické studie v roce 1960 bylo zjištěno, že v malém mozku z navíjecí myši se dramaticky zmenšily, zatímco normální laminární organizace nacházející se v několika oblastech mozku je narušena. Sedmdesátá léta přinesla objev inverze buněčné vrstvy v myší neokortexu, což přitahovalo větší pozornost k navíjecí mutaci.
V roce 1994 byla pomocí inzerční mutageneze získána nová alela navijáku . Toto poskytlo první molekulární marker na lokusu , což umožňuje gen RELN být mapovány na chromozomu 7q22 a následně klonovány a identifikovány. Japonští vědci z Kochi Medical School úspěšně vyvinuli protilátky proti normálním mozkovým extraktům u navíjecích myší, později bylo zjištěno, že tyto protilátky jsou specifickými monoklonálními protilátkami pro reelin, a byly označeny jako CR-50 (Cajal-Retzius marker 50). Poznamenali, že CR-50 reagoval specificky s neurony Cajal-Retzius , jejichž funkční role byla do té doby neznámá.
Reelin receptory, apolipoprotein E receptor 2 (ApoER2) a lipoproteinový receptor s velmi nízkou hustotou (VLDLR) byly objeveny Trommsdorffem, Herzem a kolegy, kteří původně zjistili, že cytosolický adaptorový protein Dab1 interaguje s cytoplazmatickou doménou rodiny LDL receptorů členů. Poté ukázali, že myši s dvojitým knockoutem pro ApoER2 a VLDLR, které obě interagují s Dab1, měly defekty kortikální vrstvení podobné těm, které byly v navijáku.
Proudu cesta z reelin se dále objasněno s pomocí jiných mutantních myší, včetně yotari a kodér . Tyto mutanty mají fenotypy podobné jako u navíjecích myší, ale bez mutace v reelinu. Poté bylo ukázáno, že gen homologu 1 ( Dab1 ) deaktivovaného myší je zodpovědný za fenotypy těchto mutantních myší, protože protein Dab1 v těchto mutantech chyběl (yotari) nebo byl jen stěží detekovatelný (scrambler). Cílené narušení Dab1 také způsobilo fenotyp podobný jako u navijáku. Určení DAB1 jako klíčového regulátoru signalizační kaskády navijáků zahájilo únavný proces dešifrování jeho komplexních interakcí.
Následovala série spekulativních zpráv spojujících genetickou variabilitu reelinu a interakce se schizofrenií, Alzheimerovou chorobou, autismem a dalšími vysoce komplexními dysfunkcemi. Tyto a další objevy, spojené s perspektivou rozuzlení evolučních změn, které umožnily vytvoření lidského mozku, velmi zintenzivnily výzkum. V roce 2008, přibližně 13 let po objevení genu kódujícího protein, se stovky vědeckých článků zabývaly více aspekty jeho struktury a fungování.
Distribuce a sekrece tkáně
Studie ukazují, že reelin chybí v synaptických vezikulách a je vylučován konstitutivní sekreční cestou , přičemž je uložen v Golgiho sekrečních vezikulách. Rychlost uvolňování Reelinu není regulována depolarizací , ale striktně závisí na rychlosti jeho syntézy. Tento vztah je podobný vztahu hlášenému pro sekreci jiných proteinů extracelulární matrix .
Během vývoje mozku je reelin vylučován v kůře a hippocampu takzvanými Cajal-Retziusovými buňkami , Cajalovými buňkami a Retziusovými buňkami. Buňky exprimující reelin v prenatálním a časném postnatálním mozku se nacházejí převážně v okrajové zóně (MZ) kůry a v dočasné subpiální granulární vrstvě (SGL), která se v nejvyšší míře projevuje u člověka a v hippocampální vrstvě lacunosum-molekulare a horní okrajová vrstva zubatého gyru .
Ve vyvíjejícím se mozečku je reelin exprimován nejprve ve vnější vrstvě buněk granulí (EGL), než dojde k migraci buněk granulí do vnitřní vrstvy buněk granulí (IGL).
Poté, co dosáhla svého vrcholu těsně po porodu, syntéza reelinu následně prudce klesá a stává se více difúzní ve srovnání s výrazně laminárním projevem ve vyvíjejícím se mozku. V dospělém mozku je reelin exprimován GABA -ergickými interneurony kůry a glutamátergními cerebelárními neurony, glutamátergními hvězdicovými buňkami a fanouškovskými buňkami v povrchové entorhinální kůře, které mají hrát roli při kódování nových epizodických vzpomínek , a několika málo dochované buňky Cajal-Retzius. Mezi GABAergních interneuronů, zdá reelin má být detekován převážně v exprimující kalretinin a calbindin , jako bitufted , horizontální a Martinotti buněk , ale ne parvalbumin Growth Factor buněk, jako lustrové nebo koše neuronů . V bílé hmotě bylo také zjištěno , že nepatrná část intersticiálních neuronů se pozitivně barví na expresi reelinu.
Mimo mozek se reelin nachází v dospělé savčí krvi, játrech , hypofýze pars intermedia a chromafinních buňkách nadledvin . V játrech je reelin lokalizován v jaterních hvězdicových buňkách . Exprese reelinu se zvyšuje, když jsou játra poškozena, a po opravě se vrátí do normálu. V očích je reelin vylučován sítnicovými gangliovými buňkami a nachází se také v endotelové vrstvě rohovky . Stejně jako v játrech se jeho výraz zvyšuje poté, co došlo ke zranění.
Protein je také produkován odontoblasty , což jsou buňky na okrajích zubní dřeně. Reelin se zde nachází jak během odontogeneze, tak ve zralém zubu. Někteří autoři naznačují, že odontoblasty hrají další roli jako senzorické buňky schopné přenášet signály bolesti na nervová zakončení. Podle hypotézy se reelin účastní procesu zlepšením kontaktu mezi odontoblasty a nervovými terminály.
Struktura
Reelin se skládá z 3461 aminokyselin s relativní molekulovou hmotností 388 kDa . Má také aktivitu serinové proteázy . Myší gen RELN se skládá ze 65 exonů o velikosti přibližně 450 kb . Jeden exon, kódující pouze dvě aminokyseliny v blízkosti C-konce proteinu , prochází alternativním sestřihem , ale přesný funkční dopad tohoto není znám. V genové struktuře jsou identifikována dvě iniciační místa transkripce a dvě polyadenylační místa.
Reelinový protein začíná signálním peptidem o délce 27 aminokyselin, za ním následuje oblast nesoucí podobnost s F-spondinem ( doména navijáku ), označená ve schématu jako „SP“, a oblast jedinečná pro reelin označená jako „ H ". Následuje 8 opakování 300–350 aminokyselin. Říká se jim reelinové repetice a ve středu mají motiv epidermálního růstového faktoru , který rozděluje každé opakování na dvě subrepeaty, A ( opakování BNR/Asp-box ) a B ( doména podobná EGF ). Navzdory tomuto přerušení navazují dvě subdomény přímý kontakt, což má za následek kompaktní celkovou strukturu.
Konečná doména reelinu obsahuje vysoce bazickou a krátkou C-koncovou oblast (CTR, označenou "+") o délce 32 aminokyselin. Tato oblast je vysoce konzervovaná a je 100% identická u všech zkoumaných savců. Předpokládalo se, že CTR je nezbytná pro sekreci reelinu, protože Orleansova navíjecí mutace, která postrádá část 8. opakování a celý CTR, není schopna vylučovat znetvořený protein, což vede k jeho koncentraci v cytoplazmě. Jiné studie však ukázaly, že CTR není nezbytná pro samotnou sekreci, ale mutanty postrádající CTR byly mnohem méně účinné při aktivaci následných signálních událostí.
Reelin je štěpen in vivo na dvou místech umístěných po doménách 2 a 6 - přibližně mezi opakováním 2 a 3 a mezi opakováním 6 a 7, což vede k produkci tří fragmentů. Toto štěpení nesnižuje aktivitu proteinu, protože konstrukce vytvořené z predikovaných centrálních fragmentů (opakuje se 3–6) se váží na lipoproteinové receptory, spouští fosforylaci Dab1 a mimické funkce reelinu během vývoje kortikální destičky . Kromě toho může být pro správnou kortikogenezi nezbytné zpracování reelinu embryonálními neurony.
Funkce
Primárními funkcemi Reelinu jsou regulace kortikogeneze a polohování neuronálních buněk v prenatálním období, ale protein také nadále hraje roli u dospělých. Reelin se nachází v mnoha tkáních a orgánech a jeho funkční role by se daly zhruba rozdělit podle času exprese a lokalizace jeho působení.
Během vývoje
Řada nervových tkání a orgánů během vývoje exprimuje reelin, přičemž po vytvoření orgánů výraz výrazně klesá. Role proteinu je zde z velké části neprozkoumaná, protože knockoutované myši nevykazují v těchto orgánech žádnou velkou patologii. Role Reelina v rostoucím centrálním nervovém systému byla rozsáhle charakterizována. Podporuje diferenciaci progenitorových buněk na radiální glie a ovlivňuje orientaci jejích vláken, která slouží jako vodítka pro migrující neuroblasty. Poloha buněčné vrstvy vylučující reelin je důležitá, protože vlákna se orientují ve směru její vyšší koncentrace. Reelin například reguluje vývoj spojení specifických pro vrstvu v hippocampu a entorhinální kůře.
Savčí kortikogeneze je dalším procesem, kde hraje hlavní roli reelin . V tomto procesu je dočasná vrstva zvaná preplate rozdělena na okrajovou zónu nahoře a subplate níže a prostor mezi nimi je naplněn neuronálními vrstvami v obraze naruby. Takové uspořádání, kdy nově vytvořené neurony procházejí usazenými vrstvami a nacházejí se o jeden stupeň výše, je charakteristickým rysem savčího mozku, na rozdíl od evoluční starší plazové kůry, ve které jsou vrstvy umístěny do „vně-uvnitř“ móda. Když reelin chybí, jako u mutantních navíjecích myší, pořadí kortikálního vrstvení se zhruba obrátí, přičemž mladší neurony zjistí, že nejsou schopny projít usazenými vrstvami. Neurony subplate se nedokážou zastavit a napadnout nejvyšší vrstvu, čímž se vytvoří takzvaná superplate, ve které se mísí s buňkami Cajal-Retzius a některými buňkami normálně určenými pro druhou vrstvu.
Neexistuje shoda ohledně role reelinu ve správném umístění kortikálních vrstev. Původní hypotéza, že protein je stop signálem pro migrující buňky, je podpořena jeho schopností vyvolat disociaci, jeho rolí při prosazování kompaktní buněčné vrstvy granulí v hippocampu a skutečností, že migrující neuroblasty se vyhýbají reelin- bohaté oblasti. Ale experiment, ve kterém myší kortikogeneze probíhala normálně navzdory špatně umístěné vrstvě sekrece reelinu a nedostatku důkazů, že reelin ovlivňuje růstové kužely a náběžné hrany neuronů, způsobil, že byly navrženy některé další hypotézy. Podle jednoho z nich reelin činí buňky náchylnější k nějaké dosud nepopsané poziční signalizační kaskádě.
Reelin může také zajistit správné umístění neuronů v míše : podle jedné studie umístění a úroveň jeho exprese ovlivňuje pohyb sympatických preganglionických neuronů.
Předpokládá se, že protein působí na migrující neuronové prekurzory a kontroluje tak správné umístění buněk v kůře a dalších mozkových strukturách. Navrhovaná role je jedním z disociačních signálů pro neuronální skupiny, což jim umožňuje oddělit se a přejít od tangenciální migrace řetězce k radiální individuální migraci. Disociace odděluje migrující neurony od gliových buněk, které působí jako jejich průvodci, a převádí je na jednotlivé buňky, které mohou vyrazit samy a najít svou konečnou polohu.
Reelin se podílí na vývojové změně konfigurace receptorů NMDA , zvyšuje mobilitu receptorů obsahujících NR2B a tím zkracuje čas strávený na synapse . Předpokládá se, že to může být součástí mechanismu za „přepínačem NR2B-NR2A“, který je pozorován v mozku během jeho postnatálního vývoje. Pokračující sekrece reelinu GABAergními hippocampálními neurony je nezbytná k udržení receptorů NMDA obsahujících NR2B na nízké úrovni.
U dospělých
V nervovém systému dospělých hraje reelin významnou roli ve dvou nejaktivnějších místech neurogeneze, v subventrikulární zóně a v zubatém gyru. U některých druhů migrují neuroblasty ze subventrikulární zóny v řetězcích v rostrálním migračním proudu (RMS), aby dosáhly čichové bulvy, kde je reelin disociuje do jednotlivých buněk, které jsou schopny dále individuálně migrovat. Mění svůj způsob migrace z tangenciálního na radiální a začínají používat vlákna radiálních glií jako své průvodce. Existují studie, které ukazují, že podél samotného RMS fungují dva receptory, ApoER2 a VLDLR , a jejich intracelulární adaptér DAB1 nezávisle na Reelinu, pravděpodobně vlivem nově navrhovaného ligandu, trombospondinu-1 . U dospělých zubatých zubů poskytuje reelin vodítka pro nové neurony, které neustále přicházejí do vrstvy granulovaných buněk ze subgranulární zóny a udržují vrstvu kompaktní.
Reelin také hraje důležitou roli v mozku dospělých tím, že moduluje hustotu exprese dendritické páteře kortikálních pyramidových neuronů , rozvětvení dendritů a expresi dlouhodobé potenciace, protože její sekrece difuzně pokračuje GABAergními kortikálními interneurony, jejichž původ je vysledován mediální ganglionická eminence .
V dospělém organismu je neurální výraz mnohem méně rozšířený, ale prudce stoupá, když jsou zraněny některé orgány. Přesná funkce upregulace navijáku po poranění se stále zkoumá.
Evoluční význam
Interakce Reelin-DAB1 mohly hrát klíčovou roli ve strukturálním vývoji kůry, která se vyvinula z jedné vrstvy ve společném předchůdci amniotů do vícevrstvé kůry současných savců. Výzkum ukazuje, že exprese reelinu stoupá, jak se kůra stává složitější, a dosahuje maxima v lidském mozku, ve kterém buňky Cajal-Retzius vylučující reeliny mají výrazně komplexnější axonální trn. Reelin je přítomen v telencefalonu všech dosud studovaných obratlovců, ale způsob exprese se velmi liší. Například zebři nemají vůbec žádné buňky Cajal-Retzius; místo toho je protein vylučován jinými neurony. Tyto buňky netvoří vyhrazenou vrstvu u obojživelníků a radiální migrace v jejich mozku je velmi slabá.
Jak se kůra stává složitější a spletitější, migrace podél radiálních gliových vláken se stává důležitější pro správnou laminaci. Předpokládá se, že vznik odlišné vrstvy vylučující reelin hraje v této evoluci důležitou roli. Ohledně důležitosti této vrstvy existují protichůdná data, která jsou v literatuře vysvětlena buď existencí dalšího signalizačního pozičního mechanismu, který interaguje s reelinovou kaskádou, nebo předpokladem, že myši, které se používají v takových experimentech, mají nadbytečnou sekreci reelinu ve srovnání s více lokalizovanou syntézou v lidském mozku.
Buňky Cajal-Retzius, z nichž většina zmizí v době narození, koexprimují reelin s genem HAR1 , o kterém se předpokládá, že prošel nejvýznamnější evoluční změnou u lidí ve srovnání se šimpanzem, přičemž jde o „nejrychleji evolučně zrychlený“ gen z lidské zrychlené oblasti . Existují také důkazy o tom, že varianty v genu DAB1 byly zahrnuty do nedávného selektivního rozmítání v čínské populaci.
Mechanismus účinku
SFK : kinázy rodiny Src .
JIP : protein interagující s JNK 1
Receptory
Předpokládá se, že Reelinova kontrola interakcí buňka-buňka je zprostředkována vazbou reelinu na dva členy rodiny genových receptorů lipoproteinů s nízkou hustotou : VLDLR a ApoER2 . Zdá se, že dva hlavní receptory reelinu mají mírně odlišné role: VLDLR vede signál zastavení, zatímco ApoER2 je nezbytný pro migraci pozdně narozených neokortikálních neuronů. Bylo také ukázáno, že N-koncová oblast reelinu, místo odlišné od oblasti reelinu, o které je ukázáno, že se spojuje s VLDLR/ApoER2, se váže na integrinový receptor alfa-3-beta-1 . Návrh, aby se proto kadherin CNR1 choval jako Reelin receptor, byl vyvrácen.
Jako členové superrodiny lipoproteinových receptorů mají VLDLR i ApoER2 ve své struktuře internalizační doménu nazvanou NPxY motiv . Po navázání na receptory je reelin internalizován endocytózou a N-koncový fragment proteinu je znovu secernován. Tento fragment může postnatálně sloužit k prevenci přerůstání apikálních dendritů pyramidových neuronů kortikální vrstvy II/III, působících cestou nezávislou na kanonických receptorech reelinu.
Reelinové receptory jsou přítomny jak na neuronech, tak na gliových buňkách . Navíc radiální gliové vyjadřují stejné množství ApoER2 ale je doba deset méně bohaté na VLDLR . receptory integrinu beta-1 na gliových buňkách hrají důležitější roli při vrstvení neuronů než stejné receptory na migrujících neuroblastech.
Posílení dlouhodobé potenciace závislé na reelinu je způsobeno interakcí ApoER2 s receptorem NMDA . K této interakci dochází, když má ApoER2 oblast kódovanou exonem 19. Alternativně je spojen gen ApoER2, přičemž varianta obsahující exon 19 se aktivněji produkuje během období aktivity. Podle jedné studie se hippocampu reelin výraz rychle se zvyšuje, když je tam potřeba uložit paměť, jako demethylases otevírají gen RELN. Aktivace dendritů růstu reelin zjevně vedena Src rodinných kináz a je závislá na expresi CRK proteinů rodiny, v souladu s interakcí Crk a CrkL s tyrosin-fosforylovaný DAB1. Kromě toho rekombinace Cre-loxP myší model, který postrádá CRK a CrkL ve většině neuronů bylo uvedeno, že má na reeler fenotyp, což naznačuje, že Crk / CrkL leží mezi DAB1 a Akt v signalizační reelin řetězu.
Signalizační kaskády
Reelin aktivuje signální kaskádu Notch-1 , indukuje expresi FABP7 a vybízí progenitorové buňky k převzetí radiálního gliového fenotypu. Kromě toho je kortikogeneze in vivo vysoce závislá na zpracování reelinu embryonálními neurony, u nichž se předpokládá, že secernují některé dosud neidentifikované metaloproteinázy, které uvolňují centrální signální kompetentní část proteinu. Roli mohou hrát i některé další neznámé proteolytické mechanismy. Předpokládá se, že reelin plné velikosti ulpívá na vláknech extracelulární matrix na vyšších úrovních a centrální fragmenty, které se uvolňují rozpadem reelinu, jsou schopny proniknout do nižších úrovní. Je možné, že když neuroblasty dosáhnou vyšších úrovní, zastaví svou migraci buď kvůli zvýšené kombinované expresi všech forem reelinu, nebo kvůli zvláštnímu způsobu účinku molekul reelinu plné velikosti a jeho homodimerů.
Nitrobuněčný adaptér DAB1 se váže na VLDLR a ApoER2 prostřednictvím motivu NPxY a podílí se na přenosu signálů Reelin prostřednictvím těchto lipoproteinových receptorů. Je fosforylován kinázami Src a Fyn a zjevně stimuluje aktinový cytoskelet ke změně jeho tvaru, což ovlivňuje podíl integrinových receptorů na buněčném povrchu, což vede ke změně adheze . Fosforylace DAB1 vede k jeho ubikvitinaci a následné degradaci, což vysvětluje zvýšené hladiny DAB1 v nepřítomnosti reelinu. Taková negativní zpětná vazba je považována za důležitou pro správnou kortikální laminaci. Aktivované dvěma protilátkami, VLDLR a ApoER2 způsobují fosforylaci DAB1, ale zdánlivě bez následné degradace a bez záchrany fenotypu navijáku , což může znamenat, že část signálu je vedena nezávisle na DAB1.
Bylo ukázáno, že protein, který má důležitou roli v lissencefalii a podle toho se nazývá LIS1 ( PAFAH1B1 ), interaguje s intracelulárním segmentem VLDLR, čímž reaguje na aktivaci reelinové dráhy.
Komplexy
Ukázalo se, že molekuly reelinu vytvářejí velký proteinový komplex, disulfidově vázaný homodimer . Pokud se homodimer nevytvoří, účinná tyrosinová fosforylace DAB1 in vitro selže. Kromě toho jsou dva hlavní receptory reelinu schopné vytvářet shluky, které pravděpodobně hrají hlavní roli v signalizaci, což způsobuje, že intracelulární adaptér DAB1 dimerizuje nebo oligomerizuje. Ve studii bylo ukázáno, že takové shlukování aktivuje signální řetězec i v nepřítomnosti samotného Reelina. Kromě toho samotný reelin může štěpit peptidové vazby držící jiné proteiny pohromadě, což je serinová proteáza , a to může ovlivnit procesy buněčné adheze a migrace. Signalizace reelinu vede k fosforylaci aktinu interagujícího proteinu cofilin 1 na ser3; to může stabilizovat aktinový cytoskelet a ukotvit vedoucí procesy migrujících neuroblastů, čímž se zabrání jejich dalšímu růstu.
Interakce s Cdk5
Cyklin-dependentní kináza 5 (Cdk5), hlavní regulátor migrace a polohování neuronů, je známá tím, že fosforyluje DAB1 a další cytosolické cíle signalizace reelinu, jako je Tau , které by mohly být aktivovány také reelinem indukovanou deaktivací GSK3B a NUDEL , spojený s Lis1 , jedním z cílů DAB1. Indikace LTP navíjením v hippocampálních řezech selhává při knockoutech p35 . P35 je klíčový aktivátor Cdk5 a dvojité knockouty p35/Dab1, p35/RELN, p35/ApoER2, p35/VLDLR vykazují zvýšené neuronální migrační deficity, což naznačuje synergický účinek reelinu → ApoER2/VLDLR → DAB1 a p35/p39 → Cdk5 cest v normální kortikogenezi.
Možná patologická role
Lissencephaly
Narušení genu RELN je považováno za příčinu vzácné formy lissencefalie s cerebelární hypoplazií klasifikovanou jako mikrolissencefalie zvaná Norman-Robertsův syndrom . Mutace narušují sestřih transkriptu RELN mRNA , což vede k nízkému nebo nedetekovatelnému množství proteinu reelinu. Fenotyp u těchto pacientů byla charakterizována hypotonií , ataxií a vývojové zpoždění, s nedostatkem nepodporované sezení a hlubokou mentální retardací s malou nebo žádnou vývoji jazyka. K dispozici jsou také záchvaty a vrozený lymfedém . V roce 2007 byla popsána nová chromozomální translokace způsobující syndrom.
Schizofrenie
Snížená exprese reelinu a jeho hladin mRNA v mozcích pacientů trpících schizofrenií byla hlášena v letech 1998 a 2000 a nezávisle potvrzena v posmrtných studiích hippocampu, mozečku , bazálních ganglií a mozkové kůry. Redukce může v některých oblastech mozku dosáhnout až 50% a je spojena se sníženou expresí enzymu GAD-67 , který katalyzuje přechod glutamátu na GABA . Krevní hladiny reelinu a jeho izoforem se také mění u schizofrenie, spolu s poruchami nálady , podle jedné studie. Bylo zjištěno, že redukovaná prefrontální exprese mRNA reelinu u schizofrenie je statisticky nejvýznamnější poruchou zjištěnou v multicentrické studii provedené ve 14 samostatných laboratořích v roce 2001 konsorciem Stanley Foundation Neuropathology Consortium.
Epigenetická hypermethylace DNA u pacientů se schizofrenií je navrhována jako příčina redukce, v souladu s pozorováními pocházejícími z šedesátých let minulého století, že podávání methioninu schizofrenním pacientům má za následek hlubokou exacerbaci symptomů schizofrenie u šedesáti až sedmdesáti procent pacientů. Navrhovaný mechanismus je součástí „epigenetické hypotézy pro patofyziologii schizofrenie“ formulované skupinou vědců v roce 2008 (D. Grayson; A. Guidotti; E. Costa ). Posmrtné studie porovnávající DNA methyltransferázy ( DNMT1 ) a exprese Reelin mRNA v kortikálních vrstev I a V schizofrenních pacientů a normálních kontrol prokázáno, že ve vrstvě V, jak DNMT1 a Reelin hladiny byly normální, zatímco ve vrstvě I DNMT1 byla trojnásobně vyšší, pravděpodobně vede k dvojnásobnému snížení Reelinova výrazu. Existují důkazy, že změna je selektivní a DNMT1 je nadměrně exprimován v GABAergních neuronech vylučujících reelin, ale ne v jejich glutamátergních sousedech. Inhibitory methylace a inhibitory histon deacetylázy , jako je kyselina valproová , zvyšují hladiny mRNA reelinu, zatímco léčba L-methioninem down-reguluje fenotypovou expresi reelinu.
Jedna studie naznačila upregulaci histon deacetylázy HDAC1 v hippocampi pacientů. Histonové deacetylázy potlačují promotory genů; hyperacetylace histonů byla ukázána na myších modelech k demetylaci promotorů jak reelinu, tak GAD67. Bylo ukázáno, že DNMT1 inhibitory u zvířat zvyšují expresi jak reelinu, tak GAD67, a jak DNMT inhibitory, tak HDAC inhibitory ukázané v jedné studii aktivují oba geny se srovnatelnou dávkovou a časovou závislostí. Jak ukazuje jedna studie, koncentrace S-adenosyl methioninu (SAM) v prefrontální kůře pacientů je dvakrát vyšší než v kůře postižených lidí. SAM, který je dárcem methylové skupiny nezbytným pro aktivitu DNMT, by mohl dále posunout epigenetickou kontrolu genové exprese.
Chromozomová oblast 7q22, která obsahuje gen RELN, je spojena se schizofrenií a samotný gen byl spojen s onemocněním ve velké studii, která zjistila, že polymorfismus rs7341475 zvyšuje riziko onemocnění u žen, ale ne u mužů. Ženy, které mají jednonukleotidový polymorfismus (SNP), mají podle studie asi 1,4krát vyšší pravděpodobnost onemocnění. Alelické variace RELN byly také korelovány s pracovní pamětí, pamětí a výkonným fungováním v jaderných rodinách, kde jeden z členů trpí schizofrenií. Asociace s pracovní pamětí byla později replikována. V jedné malé studii nesouvisel nesynonymní polymorfismus genu Val997Leu s rozšířením levé a pravé komory u pacientů.
Jedna studie ukázala, že pacienti mají snížené hladiny jednoho z reelinových receptorů, VLDLR , v periferních lymfocytech . Po šesti měsících antipsychotické terapie se výraz zvýšil; podle autorů mohou hladiny periferních VLRLR sloužit jako spolehlivý periferní biomarker schizofrenie.
S ohledem na roli reelinu při podpoře dendritogeneze byly učiněny návrhy, že lokalizovaný deficit dendritické páteře pozorovaný u schizofrenie může být částečně spojen se snížením regulace reelinu.
Reelinova dráha by také mohla být spojena se schizofrenií a jinými psychotickými poruchami prostřednictvím její interakce s rizikovými geny. Jedním z příkladů je neuronální transkripční faktor NPAS3 , jehož narušení je spojeno se schizofrenií a poruchou učení. Vyřazené myši postrádající NPAS3 nebo podobný protein NPAS1 mají významně nižší hladiny reelinu; přesný mechanismus za tím není znám. Dalším příkladem je gen MTHFR spojený se schizofrenií , přičemž myší knockouty vykazují snížené hladiny reelinu v mozečku. Ve stejné linii je třeba poznamenat, že gen kódující podjednotku NR2B, která je pravděpodobně ovlivněna reelinem v procesu vývojové změny složení receptoru NMDA NR2B-> NR2A, je jedním z nejsilnějších kandidátů genů rizika . Dalším sdíleným aspektem mezi NR2B a RELN je, že oba mohou být regulovány transkripčním faktorem TBR1 .
Heterozygotní reeler myš, který je haploinsufficient pro gen RELN, sdílí několik Neurochemické a behaviorální abnormality se schizofrenií a bipolární poruchy, ale přesný význam těchto myších změn chování k patofyziologii schizofrenie zůstává diskutabilní.
Jak již bylo popsáno dříve, reelin hraje klíčovou roli v modulaci časné migrace neuroblastů během vývoje mozku. Důkazy změněného umístění neurálních buněk v mozcích pacientů s posmrtnou schizofrenií a změny v genových regulačních sítích, které řídí migraci buněk, naznačují potenciální souvislost mezi změněnou expresí reelinu v mozkové tkáni pacienta a narušenou migrací buněk během vývoje mozku. Pro modelování role reelinu v kontextu schizofrenie na buněčné úrovni byly z nosních biopsií pacientů se schizofrenií generovány buňky odvozené z čichové neurosféry a porovnány s buňkami od zdravých kontrol. Buňky odvozené od pacientů se schizofrenií mají ve srovnání se zdravými kontrolními buňkami snížené hladiny mRNA a proteinu reelinu, ale exprimují klíčové receptory reelinu a doplňkový protein DAB1. Buňky odvozené od pacientů se schizofrenií při kultivaci in vitro nebyly schopné reagovat na reelin potažený na povrchy tkáňových kultur ; Naproti tomu buňky odvozené od zdravých kontrol byly schopné změnit migraci svých buněk, když byly vystaveny reelinu. Tato práce dále ukázala, že nedostatek reakce na migraci buněk v buňkách odvozených od pacienta byl způsoben neschopností buňky produkovat dostatek fokálních adhezí vhodné velikosti při kontaktu s extracelulárním reelinem. Je zapotřebí více výzkumu modelů založených na schizofrenních buňkách, abychom se podívali na funkci reelinu nebo jeho nedostatek v patofyziologii schizofrenie.
Bipolární porucha
Snížení exprese RELN se souběžnou upregulací DNMT1 je typické pro bipolární poruchu s psychózou, ale není charakteristické pro pacienty s velkou depresí bez psychózy, což by mohlo hovořit o specifické asociaci změny s psychózami. Jedna studie naznačuje, že na rozdíl od schizofrenie se takové změny nacházejí pouze v kůře a neovlivňují hlubší struktury u psychotických bipolárních pacientů, protože bylo zjištěno, že jejich bazální ganglia mají normální hladiny DNMT1 a následně byly hladiny reelinu i GAD67 v normálním rozsahu.
V genetické studii provedené v roce 2009 předběžné důkazy vyžadující další replikaci DNA naznačovaly, že variace genu RELN (SNP rs362719 ) může být spojena s náchylností k bipolární poruše u žen.
Autismus
Autismus je neurovývojová porucha, o které se obecně věří, že je způsobena mutacemi na několika místech, pravděpodobně vyvolanými faktory prostředí. Role navijáku u autismu ještě není rozhodnuta.
Reelin byl původně v roce 2001 zapojen do studie zjišťující asociace mezi autismem a polymorfním GGC/CGG opakováním předcházejícím 5 'ATG iniciátorovému kodonu genu RELN v italské populaci. Delší opakování tripletů v 5 'oblasti bylo spojeno se zvýšením citlivosti na autismus. Další studie 125 rodin s více incidenty a 68 rodin s jednou incidencí z následujícího roku však nezjistila žádný významný rozdíl mezi délkou polymorfních opakování u postižených a kontrol. I když bylo pomocí rodinného asociačního testu zjištěno, že větší alely reelinu jsou přenášeny na postižené děti častěji, než se očekávalo. Další studie zkoumající 158 subjektů německé linie rovněž nenašla žádný důkaz o polymorfismech opakování tripletů spojených s autismem. A větší studie z roku 2004 skládající se z 395 rodin nenalezla žádnou souvislost mezi autistickými subjekty a opakováním CGG tripletu, stejně jako velikostí alel ve srovnání s věkem prvního slova. V roce 2010 by rozsáhlá studie využívající data od 4 evropských kohort našla nějaký důkaz pro souvislost mezi autismem a polymorfismem rs362780 RELN.
Studie transgenních myší naznačovaly asociaci, ale nebyly definitivní.
Epilepsie temporálního laloku: disperze granulovaných buněk
Bylo zjištěno, že snížená exprese reelinu ve vzorcích hippocampální tkáně od pacientů s epilepsií temporálního laloku přímo koreluje s rozsahem disperze granulovaných buněk (GCD), což je hlavní rys onemocnění, který je zaznamenán u 45% - 73% pacientů. Disperze je podle malé studie spojena s hypermethylací RELN promotoru. Podle jedné studie prodloužené záchvaty v krysím modelu epilepsie mesiálního temporálního laloku vedly ke ztrátě interneuronů exprimujících reelin a následné migraci mimoděložního řetězce a aberantní integraci buněk granulí novorozeného dentátu. Bez navíjení se řetězové migrující neuroblasty nedokázaly správně odpojit. Navíc v kainátu indukované myším modelu epilepsie, exogenní reelin zabránil GCD, podle jedné studie.
Alzheimerova choroba
Reelinové receptory ApoER2 a VLDLR patří do rodiny genů LDL receptorů. Všichni členové této rodiny jsou receptory pro apolipoprotein E (ApoE). Proto jsou často synonymně označovány jako 'receptory ApoE'. ApoE se v lidské populaci vyskytuje ve 3 běžných izoformách (E2, E3, E4). ApoE4 je primárním genetickým rizikovým faktorem Alzheimerovy choroby s pozdním nástupem . Tato silná genetická asociace vedla k návrhu, že receptory ApoE hrají ústřední roli v patogenezi Alzheimerovy choroby. Podle jedné studie se u Alzheimerovy choroby mění exprese reelinu a glykosylační vzorce . V kůře pacientů byly hladiny reelinu o 40% vyšší ve srovnání s kontrolami, ale cerebelární hladiny proteinu zůstávají u stejných pacientů normální. Toto zjištění je v souladu s dřívější studií ukazující přítomnost Reelinu spojeného s amyloidními plaky v transgenním AD myším modelu. Velká genetická studie z roku 2008 ukázala, že variace genu RELN je spojena se zvýšeným rizikem Alzheimerovy choroby u žen. Počet buněk Cajal-Retzius produkujících reelin je významně snížen v první kortikální vrstvě pacientů. Bylo prokázáno, že reelin interaguje s amyloidovým prekurzorovým proteinem a podle jedné studie in vitro je schopen působit proti Ap indukovanému tlumení aktivity NMDA receptoru . Toto je modulováno izoformami ApoE, které selektivně mění recyklaci receptorů ApoER2 a AMPA a NMDA.
Rakovina
Vzory methylace DNA se v nádorech často mění a gen RELN by mohl být ovlivněn: podle jedné studie je u rakoviny slinivky potlačena exprese spolu s dalšími složkami dráhy reelinu. Ve stejné studii je řezání cesty reelinu v rakovinných buňkách, které stále exprimovaný reelin měl za následek zvýšenou pohyblivost a invazivitu. Naopak u rakoviny prostaty je exprese RELN nadměrná a koreluje se Gleasonovým skóre . Retinoblastom představuje další příklad nadměrné exprese RELN. Tento gen byl také pozorován rekurentně mutovaný v případech akutní lymfoblastické leukémie .
Jiné podmínky
Jedna asociační studie celého genomu naznačuje možnou roli variací genu RELN při otoskleróze , abnormálním růstu kosti středního ucha . Při statistickém hledání genů, které jsou rozdílně exprimovány v mozcích myší citlivých na mozkovou malárii oproti myším citlivým na mozkovou malárii, Delahaye et al. detekovala významnou upregulaci RELN i DAB1 a spekulovala o možných ochranných účincích takové nadměrné exprese. V roce 2020 studie uvedla novou variantu genu RELN (S2486G), která byla ve velké rodině spojena s ankylozující spondylitidou. To naznačovalo potenciální pohled na patofyziologické zapojení reelinu cestou zánětu a osteogeneze u ankylozující spondylitidy a mohlo by to rozšířit obzor směrem k novým terapeutickým strategiím. Studie z roku 2020 od UT Southwestern Medical Center naznačuje, že cirkulující hladiny reelinu mohou korelovat se závažností a stadii MS a že snížení hladin reelinu může být novým způsobem léčby MS.
Faktory ovlivňující expresi reelinu
Exprese reelinu je řízena řadou faktorů kromě pouhého počtu buněk Cajal-Retzius. Například TBR1 transkripční faktor reguluje RELN spolu s dalšími T-elementu genů -obsahující. Na vyšší úrovni bylo zjištěno, že zvýšená péče o matku koreluje s expresí reelinu u krysích mláďat; taková korelace byla hlášena v hippocampu a v kůře. Podle jedné zprávy prodloužená expozice kortikosteronu významně snížila expresi reelinu v myších hippocampi, což je nález pravděpodobně související s hypotetickou rolí kortikosteroidů při depresi . Jedna malá posmrtná studie zjistila zvýšenou methylaci genu RELN v neokortexu osob po jejich pubertě ve srovnání s těmi, které ještě neměly vstoupit do období zrání.
Psychotropní léky
Jelikož se reelin podílí na řadě mozkových poruch a jeho exprese se obvykle měří posmrtně, je důležité posoudit možné účinky léků.
Podle epigenetické hypotézy mají léky, které posouvají rovnováhu ve prospěch demetylace, potenciál zmírnit navrhovanou methylací způsobenou downregulaci RELN a GAD67. V jedné studii bylo prokázáno, že klozapin a sulpirid, ale nikoli haloperidol a olanzapin, zvyšují demetylaci obou genů u myší předem ošetřených l-methioninem. Kyselina valproová , inhibitor histon deacetylázy , pokud je užívána v kombinaci s antipsychotiky, má určité výhody. Existují však studie, které jsou v rozporu s hlavním předpokladem epigenetické hypotézy, a studie Fatemi et al. nevykazuje žádné zvýšení exprese RELN kyselinou valproovou; což naznačuje nutnost dalšího vyšetřování.
Fatemi a kol. provedla studii, ve které byly měřeny hladiny RELN mRNA a proteinu reelinu v prefrontální kůře potkanů po 21denním intraperitoneálním injekčním podání následujících léků:
| Reelinův výraz | Klozapin | Fluoxetin | Haloperidol | Lithium | Olanzapin | Kyselina valproová |
|---|---|---|---|---|---|---|
| protein | ↓ | ↔ | ↓ | ↓ | ↑ | ↔ |
| mRNA | ↑ | ↑ | ↓ | ↑ | ↑ | ↓ |
V roce 2009 Fatemi a kol. publikoval podrobnější práci na krysách užívajících stejné léky. Zde byla kromě samotného reelinu měřena kortikální exprese několika účastníků ( VLDLR , DAB1 , GSK3B ) signálního řetězce a také exprese GAD65 a GAD67 .
Reference
Doporučená četba
- Kniha: Fatemi, S. Hossein (2008). Reelinový glykoprotein: struktura, biologie a role ve zdraví a nemoci . Molekulární psychiatrie . 10 . Berlín: Springer. s. 251–7. doi : 10,1038/sj.mp.4001613 . ISBN 978-0-387-76760-4. PMID 15583703 . S2CID 21206951 .
- Recenze: Förster E, Jossin Y, Zhao S, Chai X, Frotscher M, Goffinet AM (únor 2006). „Nedávný pokrok v chápání role Reelinu v radiální migraci neuronů, se zvláštním důrazem na zubatý gyrus“. European Journal of Neuroscience . 23 (4): 901–9. doi : 10.1111/j.1460-9568.2006.04612.x . PMID 16519655 . S2CID 25269492 .
externí odkazy
- Přehled všech strukturálních informací dostupných v PDB pro UniProt : Q60841 (Mouse Reelin) na PDBe-KB .
Články, publikace, webové stránky
-
„Gabriella D'Arcangelo“ . Rutgersova univerzita. Archivovány od originálu dne 25. července 2008 . Citováno 23. srpna 2008 .
vědec, který objevil gen a protein reelinu
- Human RELN ve společnosti WikiGenes
Obrázky a obrázky
- „Exprese genu Reelin u myší“ . Mapa genového exprese mozku . St. Jude Dětská výzkumná nemocnice. Archivovány od originálu dne 23. ledna 2005 . Citováno 23. srpna 2008 .
- „Schematické znázornění signalizace prostřednictvím členů rodiny LDLR apoER2 a VLDL receptor“ . Citováno 23. srpna 2008 .- Postava z Beffert U, Stolt PC, Herz J (březen 2004). „Funkce lipoproteinových receptorů v neuronech“ . Journal of Lipid Research . 45 (3): 403–9. doi : 10,1194/jlr.R300017-JLR200 . PMID 14657206 .
- „Navrhovaný mechanismus, kterým myší promotor RELN reguluje expresi genu reelinu“ . Proč. Natl. Akadem. Sci. USA . Citováno 23. srpna 2008 .-Postava z Dong E, Agis-Balboa RC, Simonini MV, Grayson DR, Costa E, Guidotti A (srpen 2005). „Přestavba promotoru dekarboxylázy reelinu a kyseliny glutamové67 v epigenetickém methioninem indukovaném myším modelu schizofrenie“ . Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických . 102 (35): 12578–83. Bibcode : 2005PNAS..10212578D . doi : 10,1073/pnas.0505394102 . PMC 1194936 . PMID 16113080 .
-
„Kortikogeneze u divokého typu, navíjecího mutanta a myší s deficitem β1“ . Archivovány od originálu dne 24. prosince 2007 . Citováno 23. srpna 2008 .
Obrazové ztvárnění rozdílu, který nedostatek navijáku přináší do kortikální struktury
Citační deník vyžaduje|journal=( nápověda )- Postava z Magdaleno SM, Curran T (prosinec 2001). „Vývoj mozku: integriny a Reelinova cesta“ . Aktuální biologie . 11 (24): R1032-5. doi : 10,1016/S0960-9822 (01) 00618-2 . PMID 11747842 . S2CID 8790079 . - Hong SE, Shugart YY, Huang DT, Shahwan SA, Grant PE, Hourihane JO, et al. (Září 2000). „Autosomálně recesivní lissencefalie s cerebelární hypoplazií je spojena s lidskými mutacemi RELN“. Přírodní genetika . 26 (1): 93–6. doi : 10,1038/79246 . PMID 10973257 . S2CID 67748801 .
