Исследователи связали выживание и патологию сенсорных нейронов (нервных клеток) с транспортом мРНК внутри этих клеток. Результаты исследования описаны в научном журнале Molecular and Cellular Proteomics.
Ученые сосредоточились на белковом комплексе динеина, в частности на субъединице Dynein Roadblock 1 (Dynlrb1), имеющей решающее значение для выживания нейронов. Одним из интригующих открытий стала роль FMRP в транспортировке мРНК, которая предлагает более энергоэффективный метод, чем транспортировка белков. Дисфункции в этой системе могут быть ключом к пониманию некоторых нейропатологий.
Подразделение молекулярной нейронауки Окинавского института науки и технологий (OIST) совершило важный прорыв, связав выживаемость и патологию сенсорных нейронов со способом транспортировки информационных РНК (мРНК) внутри этих клеток.
Команда нейробиологов, состоящая из Сары Эмад Эль-Агами (Sara Emad El-Agamy), Лоран Гийо (Laurent Guillaud) и профессора Марко Теренцио (Marco Terenzio) сотрудничали с профессором Кейко Коно (Keiko Kono) из отдела мембранологии OIST и доктором Ибо Ву (Yibo Wu) из Института Рикен (Riken Institute).
«Нейроны имеют, пожалуй, самую экстремальную морфологию среди клеток, поскольку у крупных млекопитающих они могут различаться по форме и простираться на большие расстояния. Например, нейроны, иннервирующие ногу человека, могут иметь длину более метра: их ядро может располагаться рядом со спинным мозгом, но они ощущают щекотку в ступнях или боль в большом пальце ноги», — объясняет профессор Теренцио из отделения молекулярной нейробиологии.
Нейроны имеют длинные выступы, называемые аксонами, внутри которых перемещаются такие молекулы, как белки, РНК и органеллы. Данный вид транспорта, ведущий от центра клетки к периферии и наоборот, является клеточным эквивалентом сети автомагистралей и грузовиков.
Важнейшие «грузовики», отвечающие за перемещение «грузов» от периферических кончиков нейронов к их центрам, входят в состав большого комплекса белков, называемых динеином. Сбои в этой транспортной системе могут привести к нескольким видам невропатологий.
Динеин — это большой и сложный белок, состоящий из нескольких субъединиц или цепей, которые классифицируются по размеру.
«Мы изучили часть динеинового комплекса под названием Dynein Roadblock 1, или сокращенно Dynlrb1. В предыдущих экспериментах мы продемонстрировали, что эта субъединица динеина явно необходима для выживания нейронов, но нам нужно было выяснить, как она работает», — объясняет профессор Теренцио.
Исследователи решили проверить гипотезу: если мы сравниваем динеине с грузовиками, которые перемещают груз внутри нейронов, мы могли бы представить, что Dynlrb1 может влиять на способность «динеинового грузовика» двигаться или его способность перевозить груз. Чтобы разгадать загадку, ученые изучили белки, которые взаимодействуют с этой субъединицей динеина.
Среди нескольких взаимодействующих белков Сара Эмад Эль-Агами сосредоточила внимание на хрупком X-мессенджере рибонуклеопротеине 1 (FMRP), который хорошо известен в области нейробиологии, поскольку связан с нарушениями развития нервной системы (синдром хрупкого Х-хромосомы) и нейродегенеративными заболеваниями (синдром хрупкого Х-ассоциированного тремора/атаксии).
«Особенно интересно обнаружить, что FMRP является частью груза динеина. Гранулы FMRP состоят из двух типов молекул: белков и информационной РНК (мРНК). мРНК — это матрица, используемая рибосомами для создания белков. Поскольку меня действительно интересует биология РНК аксонов, я не хотел упускать возможность углубиться в эту тему», — объясняет профессор Теренцио.
Исторически считалось, что аксонам не хватает механизмов синтеза РНК и белка, при этом считалось, что большинство этих процессов происходят исключительно вблизи ядер нейронов. Однако относительно недавние исследования показали, что аксоны действительно содержат различные молекулы РНК.
Поскольку синтез белков в центре клетки и последующая доставка всех этих белков к кончикам нейронов, как большой груз в грузовиках, потребует больших затрат энергии для длинных нейронов, нейроны доставляют мРНК вместо белков.
«Одна мРНК может служить матрицей для производства нескольких белков. Транспортируя мРНК вместо конечных белков, клетки могут сохранять значительное количество энергии, по крайней мере теоретически», — объясняет профессор Теренцио.
Однако Сара также выяснила, что FMRP передается с периферии в центр.
«Обычно считается, что их переправляют из центра ячейки на периферию. Тот факт, что мы показали, что их транспортируют в обратном направлении, нас очень удивил. Это явление только начало описываться в этой области, и я верю, что оно будет иметь важное значение в будущем», — добавляет профессор Теренцио.
Наконец, команда ученых также обнаружила, что удаление Dynlrb1 приводит к остановке FMRP и его накоплению в телах клеток и аксонах сенсорных нейронов. Поскольку мРНК, связанная с FMRP, попадает в ловушку и не может транслироваться в белки, исследователи предполагают, что Dynlrb1 играет жизненно важную роль в здоровье нейронов.
Другими словами, повреждение Dynlrb1 может препятствовать выработке необходимых белков, ставя под угрозу выживание нейронов.
«Наш следующий исследовательский вопрос — понять, какие белки не могут вырабатываться, когда Dynlrb1 неисправен или отсутствует. Полученные нами данные помогут понять, что поддерживает выживание нейронов и, как следствие, смерть нейронов. Это можно использовать для поиска новых терапевтических подходов к нейродегенеративным заболеваниям», — заключает профессор Теренцио.
Авторы другого исследования утверждают, что дефицит белка свидетельствует о том, что синдром ломкой Х-хромосомы развивается еще до рождения
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗМЦ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
