Взаимодействие прекурсора бета-амилоида с рилином
Перевод текста с портала "Форум исследования болезни Альцгеймера".
(см. также обсуждение болезни Альцгеймера на форуме neuroscience.ru)
Another Take on APP and Neurite Outgrowth-The Role of Reelin
И снова про APP и рост нейритов - рассмотрим роль рилина
19 июня 2009 года. В новом исследовании получено свидетельство в пользу гипотезы о том, что работа рилина, белка внеклеточного матрикса, играющего ключевую роль в развитии мозга, по меньшей мере отчасти связана с его способностью связывать предшественник бета-амилоида (белок APP). В опубликованном 10 июня в Journal of Neuroscience отчёте исследователи, возглавляемые Биллом Ребеком из Джорджтаунского Университета в Вашингтоне, сообщают о том, что рилин совместно с APP поддерживает рост нейритов как in vitro, так и in vivo. «Я полагаю, что общей идеей здесь является принадлежность APP к ряду синаптических белков, и его присутствие необходимо либо для формирования, либо для поддержания стабильности синаптических связей, а сами эти связи зависят от работы белков внеклеточного матрикса, одним из которых является рилин.» - сказал Ребек представителю сайта Alzheimer’s Research Forum.
(прекурсор бета-амилоида)
Полученные находки помогут в определении роли APP, относительно которой занятые этим вопросом учёные еще не имеют единого мнения, а также, возможно, пригодятся и в распутывании механизмов болезни Альцгеймера, ведь исследователи сообщают, что рилин снижает эндоцитоз APP и способствует не-амилоидогенному процессингу прекурсора. «Для меня в этой новости важно то, что в механизм сигнальной активности и расщепления APP вносится новый элемент, говорящий о наличии у белка внеклеточных лигандов, это может способоствовать разработке новых терапевтических подходов в отношении болезни Альцгеймера», - предположила Бернадетт Аллинквант из INSERM (Франция). Аллинквант не участвовала в этом исследовании, однако она изучала взаимодействия рилина с APP.
Известность рилина, должно быть, в наибольшей степени обусловлена рилером (reeler) - мышью, нокаутной по гену RELN, у которой наблюдаются серьёзные проблемы в нейрональном развитии. Пик производства рилина совпадает с периодом активного построения мозга, когда выделяемый клетками Кахаля-Ретциуса рилин, взаимодействуя с членами семейства рецепторов липопротеинов низкой плотности, активирует цитоплазменный белок disabled (DAB-1), регулируя таким образом нейрональную миграцию. «Весь сигнальный путь рилина был проработан великолепно, однако оставалось неясным, что происходит при связывании рилина с APP» - сказал Ребек. В частности, поскольку эффект от нокаута APP был гораздо менее заметен, чем эффект от нокаута рилина (см. Zheng et al., 1995), следовало предположить, что взаимодействия APP с рилином являются лишь одним из фрагментов головоломки нейронального развития.
(фрагмент рилина)
По словам Ребека, к исследованию рилина его привлекло то, что среди белков-партнёров рилина некоторые являются также партнёрами APP, в том числе F-спондин (см. новость на сайте ARF), ApoE-рецепторы (см. обзор в Hoe and Rebeck, 2008), и DAB-1 (см. Hoareau et al., 2008). Работа его лаборатории показала, что как DAB-1, так и рилин снижают бета-расщепление APP (см. Hoe et al., 2006), а в настоящей публикации взаимодействия рилина с APP рассматриваются более детально.
Первый автор Hyang-Sook Hoe с коллегами сообщают, что за взаимодействие рилина с APP отвечают определённые домены - внеклеточный E1 домен белка APP и 3-6 домены рилина. Два белка совместно осаждаются при ко-иммунопреципитации лизатов мозга, первичных культур нейронов гиппокампа, и COS7-клеток, экспрессирующих оба белка. Интересно, что экспрессия рилина повышена примерно на треть в мозге мышей-мутантов, чей организм не выделяет APP, и понижена у трансгенных мышей Tg2576, для которых характерна повышенная экспрессия человеческого APP. «Эти находки говорят о том, что взаимодействия APP с рилином играют важную роль в поддержании нормальных уровней рилина в мозге», пишут авторы.
Рилин, в свою очередь, также влияет на динамику APP. Исследователи обнаружили, что в нескольких различных системах (клетках COS7, первичных культурах нейронов коры и гиппокампа, и клетках Neuro2A) обработка рилином повышала концентрацию APP на клеточной поверхности. Авторы предположили, что причиной тому может быть замедление эндоцитоза, и сумели продемонстрировать, при помощи APP, помеченного зелёным флуоресцентным белком, что после обработки рилином поглощение поверхностного APP нейронами гиппокампа снизилось примерно на 40%. Обработка также усиливала процессинг APP альфа-секретазой, снижая высвобождение пептидов абета40\42.
В чём заключается биологическое значение взаимодействия рилина с APP? И тот, и другой белок, как известно из предыдущих опытов, способствуют росту нейритов (см. Qiu et al., 1995 and Niu et al., 2004), а в настоящей работе Rebeck с коллегами показывают, что эту работу они выполняют совместно. В культуре нейронов гиппокампа, как оказалось, чрезмерная экспрессия APP усиливает вызываемое рилином повышение густоты нейритов, в то время как iRNA-нокдаун APP имеет обратный эффект, сводя на нет такое действие рилина. «Эти данные говорят в пользу гипотезы о взаимодействии рилин\APP как необходимом условии индукции роста нейритов в первичной культуре нейронов гиппокампа» - пишут авторы. Важность такого взаимодействия, судя по всему, сохраняется и in vivo, ведь, как обнаружили Hoe и коллеги, трансгенные мыши с чрезмерной экспрессией APP обладали значительно усиленным дендритным ветвлением, в то время как у APP-нокаутов оно было значительно снижено.
Наконец, авторы установили, как именно рилин соединяется с APP. Согласно работе группы Денниса Селко из Медицинской Школы Гарварда, APP колокализован с бета-1 интегрином, белком клеточной поверхности, взаимодействующим с белками внеклеточного матрикса (см. Yamazaki et al., 1997), а бета-1 интегрин опосредует рост нейритов, индуцируемый растворимым APP-альфа (sAPPα) - пептидом, образуемым из APP при отсечении фрагмента от этого белка-предшественника альфа-секретазой (см. Young-Pearse et al., 2008). Хо с коллегами подтвердили колокализацию APP/бета-1 интегрина в нейронах гиппокампа, а также обнаружили, что APP колокализован с альфа-3 интегрином, который образует комплекс со своим бета-1 собратом. Они также продемонстрировали совместную иммунопреципитацию APP, рилина и альфа-3-бета-1 интегрина из лизатов мышиного мозга, говорящую об образовании комплекса этими тремя белками. Фактически эти три белка могут зависеть друг от друга, поскольку гиперэкспрессия или потеря экспрессии APP соответственно снижает и повышает экспрессию альфа-3-бета-1 интегрина, здесь влияние APP во многом аналогично действию на рилин. Более того, исследователи обнаружили, что бета-1-интегрин и рилин совместно, синергически, снижают эндоцитоз APP и поддерживают этот белок на поверхности клетки. В заключение, Хо с коллегами показали, что антитело к альфа-3-бета-1 интегрину предотвращает рост нейритов, как рилин-, так и APP-индуцируемый.
В свете всего сказанного, настоящая работа являет нам триптих, объекты которого - рилин, APP, альфа-3-бета-1 интегрин - работают в связке, усиливая рост нейритов. Быть может, эта связь не слишком критична для периода развития, учитывая мягкие отклонения фенотипа APP-нокаутных животных от нормы, признает Ребек, но он допускает наличие перехлёста APP с гомологами этого белка - APLP1 и APLP2, что может создавать избыточность функций. Нокаут всех трех этих схожих по структуре белков приводит к лиссэнцефалии, тяжелому нарушению развития.
Комплекс может играть роль и в мозге взрослого человека, что более важно для исследователей болезни Альцгеймера. «Мы привыкли мысленно ограничивать роль белков, принимающих участие в развитии мозга, лишь этой стадией, но они ведь присутствуют и в мозге взрослого человека», - сказал Ребек. «Вопрос в том, чем они там заняты всё это время?». Он предположил, что рилин, помимо своей роли в регулировке миграции и разрастании отростков нейронов, может также поддерживать эти отростки во взрослом мозге. «В ряду других тем, мы постоянно обсуждаем пластичность, процесс, на который человек полагается каждый день» - сказал Робек. «Пластичность - постоянная работа, усиление либо ослабление или даже уничтожение синапсов, формирование новых синаптических связей. Эти процессы, само собой, очень активны в период развития, но они продолжаются всю жизнь.» Одним из способов пролить свет на роль рилина во взрослом мозге, по его предположению, мог бы стать кондиционный нокаут гена, этого пока еще не было сделано.
Участвует ли рилин в патогенетических механизмах, ведущих к болезни Альцгеймера, пока неясно, это предстоит узнать. Но настоящая работа показала одну интересную зависимость - понижение экспрессии рилина при гиперэкспрессии APP, сопровождаемое дендритными отклонениями у молодых мышей, и это позволило авторам предположить, что в некоторых моделях болезни Альцгеймера поведенческие проблемы могут проистекать от причин, отличных от накопления бета-амилоида. Том Фаган, проект «Форум исследования болезни Альцгеймера».
Публикация:
Hoe H-S, Lee KJ, Carney RSE, Lee J, Markova A, Lee J-Y, Howell BW, Hyman BT, Pak DTS, Bu G, Rebeck GW. Interaction of reelin with amyloid precursor protein promotes neurite outgrowth. Journal of Neuroscience 2009 June 10; 29:7459-7473.
(см. также обсуждение болезни Альцгеймера на форуме neuroscience.ru)
Another Take on APP and Neurite Outgrowth-The Role of Reelin
И снова про APP и рост нейритов - рассмотрим роль рилина
19 июня 2009 года. В новом исследовании получено свидетельство в пользу гипотезы о том, что работа рилина, белка внеклеточного матрикса, играющего ключевую роль в развитии мозга, по меньшей мере отчасти связана с его способностью связывать предшественник бета-амилоида (белок APP). В опубликованном 10 июня в Journal of Neuroscience отчёте исследователи, возглавляемые Биллом Ребеком из Джорджтаунского Университета в Вашингтоне, сообщают о том, что рилин совместно с APP поддерживает рост нейритов как in vitro, так и in vivo. «Я полагаю, что общей идеей здесь является принадлежность APP к ряду синаптических белков, и его присутствие необходимо либо для формирования, либо для поддержания стабильности синаптических связей, а сами эти связи зависят от работы белков внеклеточного матрикса, одним из которых является рилин.» - сказал Ребек представителю сайта Alzheimer’s Research Forum.
(прекурсор бета-амилоида)
Полученные находки помогут в определении роли APP, относительно которой занятые этим вопросом учёные еще не имеют единого мнения, а также, возможно, пригодятся и в распутывании механизмов болезни Альцгеймера, ведь исследователи сообщают, что рилин снижает эндоцитоз APP и способствует не-амилоидогенному процессингу прекурсора. «Для меня в этой новости важно то, что в механизм сигнальной активности и расщепления APP вносится новый элемент, говорящий о наличии у белка внеклеточных лигандов, это может способоствовать разработке новых терапевтических подходов в отношении болезни Альцгеймера», - предположила Бернадетт Аллинквант из INSERM (Франция). Аллинквант не участвовала в этом исследовании, однако она изучала взаимодействия рилина с APP.
Известность рилина, должно быть, в наибольшей степени обусловлена рилером (reeler) - мышью, нокаутной по гену RELN, у которой наблюдаются серьёзные проблемы в нейрональном развитии. Пик производства рилина совпадает с периодом активного построения мозга, когда выделяемый клетками Кахаля-Ретциуса рилин, взаимодействуя с членами семейства рецепторов липопротеинов низкой плотности, активирует цитоплазменный белок disabled (DAB-1), регулируя таким образом нейрональную миграцию. «Весь сигнальный путь рилина был проработан великолепно, однако оставалось неясным, что происходит при связывании рилина с APP» - сказал Ребек. В частности, поскольку эффект от нокаута APP был гораздо менее заметен, чем эффект от нокаута рилина (см. Zheng et al., 1995), следовало предположить, что взаимодействия APP с рилином являются лишь одним из фрагментов головоломки нейронального развития.
(фрагмент рилина)
По словам Ребека, к исследованию рилина его привлекло то, что среди белков-партнёров рилина некоторые являются также партнёрами APP, в том числе F-спондин (см. новость на сайте ARF), ApoE-рецепторы (см. обзор в Hoe and Rebeck, 2008), и DAB-1 (см. Hoareau et al., 2008). Работа его лаборатории показала, что как DAB-1, так и рилин снижают бета-расщепление APP (см. Hoe et al., 2006), а в настоящей публикации взаимодействия рилина с APP рассматриваются более детально.
Первый автор Hyang-Sook Hoe с коллегами сообщают, что за взаимодействие рилина с APP отвечают определённые домены - внеклеточный E1 домен белка APP и 3-6 домены рилина. Два белка совместно осаждаются при ко-иммунопреципитации лизатов мозга, первичных культур нейронов гиппокампа, и COS7-клеток, экспрессирующих оба белка. Интересно, что экспрессия рилина повышена примерно на треть в мозге мышей-мутантов, чей организм не выделяет APP, и понижена у трансгенных мышей Tg2576, для которых характерна повышенная экспрессия человеческого APP. «Эти находки говорят о том, что взаимодействия APP с рилином играют важную роль в поддержании нормальных уровней рилина в мозге», пишут авторы.
Рилин, в свою очередь, также влияет на динамику APP. Исследователи обнаружили, что в нескольких различных системах (клетках COS7, первичных культурах нейронов коры и гиппокампа, и клетках Neuro2A) обработка рилином повышала концентрацию APP на клеточной поверхности. Авторы предположили, что причиной тому может быть замедление эндоцитоза, и сумели продемонстрировать, при помощи APP, помеченного зелёным флуоресцентным белком, что после обработки рилином поглощение поверхностного APP нейронами гиппокампа снизилось примерно на 40%. Обработка также усиливала процессинг APP альфа-секретазой, снижая высвобождение пептидов абета40\42.
В чём заключается биологическое значение взаимодействия рилина с APP? И тот, и другой белок, как известно из предыдущих опытов, способствуют росту нейритов (см. Qiu et al., 1995 and Niu et al., 2004), а в настоящей работе Rebeck с коллегами показывают, что эту работу они выполняют совместно. В культуре нейронов гиппокампа, как оказалось, чрезмерная экспрессия APP усиливает вызываемое рилином повышение густоты нейритов, в то время как iRNA-нокдаун APP имеет обратный эффект, сводя на нет такое действие рилина. «Эти данные говорят в пользу гипотезы о взаимодействии рилин\APP как необходимом условии индукции роста нейритов в первичной культуре нейронов гиппокампа» - пишут авторы. Важность такого взаимодействия, судя по всему, сохраняется и in vivo, ведь, как обнаружили Hoe и коллеги, трансгенные мыши с чрезмерной экспрессией APP обладали значительно усиленным дендритным ветвлением, в то время как у APP-нокаутов оно было значительно снижено.
Наконец, авторы установили, как именно рилин соединяется с APP. Согласно работе группы Денниса Селко из Медицинской Школы Гарварда, APP колокализован с бета-1 интегрином, белком клеточной поверхности, взаимодействующим с белками внеклеточного матрикса (см. Yamazaki et al., 1997), а бета-1 интегрин опосредует рост нейритов, индуцируемый растворимым APP-альфа (sAPPα) - пептидом, образуемым из APP при отсечении фрагмента от этого белка-предшественника альфа-секретазой (см. Young-Pearse et al., 2008). Хо с коллегами подтвердили колокализацию APP/бета-1 интегрина в нейронах гиппокампа, а также обнаружили, что APP колокализован с альфа-3 интегрином, который образует комплекс со своим бета-1 собратом. Они также продемонстрировали совместную иммунопреципитацию APP, рилина и альфа-3-бета-1 интегрина из лизатов мышиного мозга, говорящую об образовании комплекса этими тремя белками. Фактически эти три белка могут зависеть друг от друга, поскольку гиперэкспрессия или потеря экспрессии APP соответственно снижает и повышает экспрессию альфа-3-бета-1 интегрина, здесь влияние APP во многом аналогично действию на рилин. Более того, исследователи обнаружили, что бета-1-интегрин и рилин совместно, синергически, снижают эндоцитоз APP и поддерживают этот белок на поверхности клетки. В заключение, Хо с коллегами показали, что антитело к альфа-3-бета-1 интегрину предотвращает рост нейритов, как рилин-, так и APP-индуцируемый.
В свете всего сказанного, настоящая работа являет нам триптих, объекты которого - рилин, APP, альфа-3-бета-1 интегрин - работают в связке, усиливая рост нейритов. Быть может, эта связь не слишком критична для периода развития, учитывая мягкие отклонения фенотипа APP-нокаутных животных от нормы, признает Ребек, но он допускает наличие перехлёста APP с гомологами этого белка - APLP1 и APLP2, что может создавать избыточность функций. Нокаут всех трех этих схожих по структуре белков приводит к лиссэнцефалии, тяжелому нарушению развития.
Комплекс может играть роль и в мозге взрослого человека, что более важно для исследователей болезни Альцгеймера. «Мы привыкли мысленно ограничивать роль белков, принимающих участие в развитии мозга, лишь этой стадией, но они ведь присутствуют и в мозге взрослого человека», - сказал Ребек. «Вопрос в том, чем они там заняты всё это время?». Он предположил, что рилин, помимо своей роли в регулировке миграции и разрастании отростков нейронов, может также поддерживать эти отростки во взрослом мозге. «В ряду других тем, мы постоянно обсуждаем пластичность, процесс, на который человек полагается каждый день» - сказал Робек. «Пластичность - постоянная работа, усиление либо ослабление или даже уничтожение синапсов, формирование новых синаптических связей. Эти процессы, само собой, очень активны в период развития, но они продолжаются всю жизнь.» Одним из способов пролить свет на роль рилина во взрослом мозге, по его предположению, мог бы стать кондиционный нокаут гена, этого пока еще не было сделано.
Участвует ли рилин в патогенетических механизмах, ведущих к болезни Альцгеймера, пока неясно, это предстоит узнать. Но настоящая работа показала одну интересную зависимость - понижение экспрессии рилина при гиперэкспрессии APP, сопровождаемое дендритными отклонениями у молодых мышей, и это позволило авторам предположить, что в некоторых моделях болезни Альцгеймера поведенческие проблемы могут проистекать от причин, отличных от накопления бета-амилоида. Том Фаган, проект «Форум исследования болезни Альцгеймера».
Публикация: