Рилин (англ. Reelin) — белок, которой содержится в мозге и в других тканях и органах тела человека и животных. Этот гликопротеин выполняет много функций, важнейшей из которых является регулирование миграции и позиционирования нервных стволовых клеток в период фетального и раннего послеродового развития, необходимое для нормального формирования коры и других структур головного мозга. Во взрослом мозге рилин регулирует позиционирования нейронов, которые образуются в процессе взрослого нейрогенеза, а также дает вклад в работу механизмов памяти и обучения, модулирует синаптическую пластичность, усиливает и поддерживает долгосрочную потенциация, что стимулирует развиток дендритов.

Общая характеристика

Термин «рилин» происходит от английского глагола to reel — крутиться, вертеться, идти нетвердой походкой. Именно такая, «закрученная», неровная походка была замечена у мышей с генетически обусловленной недостатком рилин. Острая нехватка белка приводит к нарушению миграции нейронов. Если ген, кодирующий синтез рилин, исключено полностью (гомозиготный генотип), наблюдается инверсия слоев коры головного мозга. При гетерозиготном генотипе, нарушения мозга у мышей менее заметны, но напоминают нарушения мозга человека при психотических расстройствах. У человека генетически обусловленная отсутствие рилин приводит к лисенцифалии, тяжелой умственной отсталости и эпилепсии. Значительная нехватка рилин у человека наблюдается при шизофрении и биполярном расстройстве, но следует отметить вероятную действие медикаментов. Есть данные о возможных связи полиморфизмов гена RELN с шизофренией и болезнью Альцгеймера.

История открытия и исследования

Исследования мышей-мутантов позволило ученым заглянуть в глубинные механизмы развития центральной нервной системы. Идентификацией спонтанных мутаций у мышей впервые занялись нейрофизиологи, что исследовали моторную поведение. Выявить нужных мышей в помете было относительно легко: мутанты ни были способны нормально передвигаться в клетке. Было найдено несколько подобных мышей, получивших названия в соответствии с характером нарушений моторики: reeler («тот, что крутится»), weaver («тот, который колеблется»), lurcher («тот, что наклоняется»), nervous («нервный» ), и staggerer («тот, что покачивается»).

Мышь, названная reeler, была впервые описана в 1951 году британским генетиком Дугласом Скоттом Фальконер. В 1960-е годы было обнаружено, что мозжечок у этих мышей намного меньше нормы, к тому же нарушена нормальная организация нейрональных слоев. Мутация особенно заинтересовала исследователей после того, как было обнаружено, что слои нейронов у мышей выстраиваются «наоборот»: младшие нейроны были способны преодолеть слои клеток, что уже «осели» на своем уровне.

В 1995 году Габриэле ДьАрканджело и ее коллегам удалось обнаружить ген RELN (кодирующего белок рилин), расположенный на хромосоме 7q22. В том же году японскими учеными из медицинской школы города Коти было успешно создано первое моноклональное антитело к рилин, названное CR-50. Они отметили, что клетки Кахаля-Ретциуса, функция которых в то время была неизвестна, демонстрировали особенно сильную реакцию на CR-50.

Клеточные рецепторы, реагирующие на рилин, апоЕ-рецептор 2 (apolipoprotein E receptor 2, apoER2) и рецептор липопротеинов очень низкой плотности (very-low-density lipoprotein receptor, VLDLR), были обнаружены случайно в ходе эксперимента, проведенного Тромсдорфом и коллегами в 1997 году. В использованных в эксперименте мутантов, так называемых «нокаутных» мышей с отсутствующими рецепторами apoER2 и VLDLR, оказались дефекты в строении коры головного мозга, идентичные дефектам мыши reeler.

С целью глубже изучить механизм сигнального пути белка рилин и найти другие его элементы, ученые использовали два других типа мышей-мутантов — yotari и scrambler. Эти мыши по фенотипу схожи с мышью reeler, но сам ген RELN в них нормальный. Исследование этих мутантов выявили нарушения в гене DAB1, кодирующий белок Dab1. Мыши yotari, как оказалось, были лишены белка Dab1 полностью, а у мышей scrambler его удавалось обнаружить едва. Целенаправленное разрушение гена DAB1 также вызвало фенотип, аналогичный фенотипу мыши reeler. Определение того, что именно Dab1 является ключевым регулятором сигнального каскада рилин, положило начало доскональном изучению его сложных внутриклеточных взаимодействий.

Открытие возможной связи рилин с шизофренией и биполярным расстройством, болезнью Альцгеймера и аутизмом и другими дисфункциями, а также перспектива раскрытия механизмов, обусловивших возникновение сложно организованного человеческого мозга, привели к активному исследованию белка и его сигнальных взаимодействий. К началу второго десятилетия после открытия гена RELN, число научных статей о рилин исчислялось сотнями, а в 2008 году был опубликован сборник, многочисленные авторы которой рассматривают различные структурные и функциональные особенности рилин в норме и при патологиях.

Секреция и локализация белка

Рилин является секретируется внеклеточной матрицей. Скорость секреции рилин связана со скоростью его образования и не зависит от деполяризации мембраны. Рилин оказывается в секреторных гранулах аппарата Гольджи и отсутствует в синаптических пузырьках, что характерно для большинства белков внеклеточной матрицы.

В период развития мозга рилин в коре головного мозга и гиппокампе синтезируется клетками Кахаля-Ретциуса, клетками Кахаля и клетками Ретциуса.

Клетки в пренатальном и раннем постнатальном мозга, вырабатывающие рилин, преимущественно размещаются в маргинальной зоне (MZ) коры и во временном субпиальному гранулярном слое (SGL), развитом в человека, а в гиппокампе — в молекуляно-перенхимальному слое (лат. Stratum lacunosum- moleculare) и верхнем маргинальном слое зубчатой ​​извилины.

В мозжечке рилин производится во внешнем слое гранулярных клеток перед миграцией гранулярных клеток во внутренний слой.

Всего в постнатальный период происходит переход от послойной к диффузной экспрессии рилин. Во взрослом мозге белок синтезируется корковыми ГАМК-эргическую интернейрон, экспрессирующих калретинин и калбиндина, такими как клетки Мартинотти. Парвальбумин-содержащие ГАМКергични интернейронов, такие как канделяберни и корзинчасти клетки, никогда не образуют рилин или делают это крайне редко. В мозжечке взрослых особей рилин производится глутаматергической гранулярными нейронами внутреннего слоя.

За пределами мозга рилин у взрослых млекопитающих обнаруживается в крови, печени, средней доле гипофиза и хромаффинных клетках надпочечников.

В печени рилин был идентифицирован в клетках Ито. При повреждении печени уровень мРНК рилин резко повышается и знизуеться после завершения процесса восстановления.

В глазах рилин производится в слое ганглионарной клеток сетчатки и эндотелиальных слое роговицы. Как и в печени, экспрессия этого белка повышается при повреждениях.

Рилин производится также одонтобластами, клетками, расположенными на периферии зубной пульпы. Белок оказывается здесь как в процессе одонтогенезу, так и во взрослом зубе. Как предполагают некоторые авторы, одонтобласты являются сенсорными клетками, способными передавать болевых сигналы нервным окончанием. Согласно этой гипотезе, рилин играет роль в этом процессе, так как он может способствовать установлению контакта одонтобластов с нервными окончаниями.

Структура белка

Рилин состоит из 3461 аминокислотных остатков и имеет молекулярную массу 388 кДа. В мышином гене RELN содержится 65 экзонов, имеющих общую длину около 450 kb.

N-терминальные экзоны разделены большими интронов, остальные экзонов расположены ближе друг к другу. Один экзон, кодирующий всего две аминокислоты рядом с C-концом, подвержен альтернативном сплайсинга, но неизвестно, как это отражается на функции белка. В структуре гена идентифицированы две основные участки инициации транскрипции и два участка полиаденилирования.

Молекула белка начинается сигнальным пептидом длиной в 27 аминокислотных остатков. Затем следует участок, по строению схожа с белком внеклеточной матрицы F-спондином (на схеме отмечен как SP, аминокислотные остатки 28-190). Затем — уникальная для рилин участок (сегмент H на схеме), после которой идут подряд 8 участков похожей структуры, так называемые «рилиновые повторы», длиной примерно 350 аминокислот каждый. В центре каждого повтора располагается EGF-образное включения, делит повтор на два субповторы, A и B, структура которых имеет мало общего. Несмотря на разделение, эти субповторы контактируют друг с другом, что придает компактность общей структуре рилин. Последней идет короткий участок длиной в 32 аминокислоты, богата основными остатками (C terminal region, CTR), отмечена на схеме знаком «плюс». Этот участок отличается высокой эволюционной консервативностью: она полностью идентична у всех млекопитающих с установленной структурой гена RELN. Ранее считалось, что этот участок необходимо для выделения белка из клетки, поскольку секреция рилин нарушена у мыши reeler подтипа Orleans, что производит неполный протеин, — без части 8-го повтора и без CTR. Было установлено, что секреция нарушается в первую очередь из-за отсечения белка посередине любого из повторов, а чистое отсечение CTR приводит лишь к снижению секреции.

В организме рилин подвергается росттрансляцийний модификации и разделяется на три части. Позиции разделения находятся примерно между 2 и 3 рилиновим повтором и между повторами 6 и 7 (на схеме отмечены стрелками). Расщепление рилин не снижает его активности, наоборот, оно может быть необходимым для правильного кортикогенезу. Конструкции, образованные центральными сегментами белка (повторы 3-6) эффективно связываются с липопротеиновими рецепторами, вызывают дальнейшее фосфорилирования DAB1 и способствуют развитию кортикальной пластинки так же, как и целый белок.

Эпитопы рилин, взаимодействующих с антителами 142, G-10, CR-50, 12 и 14, также замечены на схеме.

Функции белка и механизм его действия

Важнейшее предполагаемая роль рилин — участие в регулировании правильной строения слоев мозга, позиционирование клеток и образование связей в течение пренатального периода развития. Однако белок задействован во множестве других, еще не изученных, процессов.

Функции белка

Выявление всех функций белка затруднено предсказуемым многообразием его ролей и широкой распространенности в организме. Можно условно разделить сферы действия белка по двум показателям — временному (стадия развития организма) и пространственном (локализация в организме).

На ранних периодах развития, экспрессия рилин временно оказывается во множестве органов развивающихся за пределами центральной нервной системы, исчезая после окончания их формирования. Роль белка в этих процессах изучена недостаточно, поскольку нарушение выработки рилин в нокаутных мышей-мутантов не приводит к явным патологий этих органов. Во взрослом организме, присутствие рилин наблюдается в меньшем количестве органов, причем вспышка активности белка часто наблюдается при повреждении органа. Однако и в этих случаях точная функция рилин продолжает оставаться объектом научных исследований.

Роль рилин в раннем развитии нервной системы исследована недостаточно. Белок способствует дифференциации волокон радиальной глии, вдоль которых мигрируют нейробласты. Положение слоя клеток, вырабатывающих рилин, играет важную роль, поскольку радиальная глия ориентирует свои волокна в направлении большей концентрации рилин.

Второй процесс в развитии мозга, зависит от наличия рилин — кортикогенез, в частности, расщепление передпластинкы (англ. Preplate) в маргинальную зону и субпластинку и заселение пространства между ними — кортикальной пластинки — пятью горизонтальными слоями нейронов в «обратном» порядке. Обратный порядок построения слоев кортикальной пластинки, при котором молодые нейробласты преодолевают ряды клеток, уже прижились, и выстраивают свой слой выше, отличает мозг млекопитающих от эволюционно древнего мозга зауропсидив, в котором слои строятся «снаружи внутрь». При отсутствии рилин, кортикальные слои мыши-мутанта reeler также строятся снаружи внутрь, причем младшие клетки не могут преодолеть уже созданные кортикальные слои. При этом в пространстве, расположенном под мягкой мозговой оболочкой, образуется так называемая «суперпластинка» — перенаселен слой, в котором смешаны неправильно расположены нейроны субпластинкы, клетки Кахаля-Ретциуса, и нейроны, которые должны были преодолеть субпластинку и остановиться непосредственно за ней, оставив место вверху для последующих слоев.

Не существует единого мнения относительно роли рилин в правильном построении слоев. Исходное предположение о том, что белок служит стоп-сигналом для мигрирующих клеток, подтверждается его способностью провоцировать разъединения нейронов, его ролью в создании ровного слоя гранулярных клеток в зубчатой ​​извилине гиппокампа, а также тем, что мигрирующие нейробласты избегают внедрения в зоны, насыщенные рилин. Однако данные о том, что нормальный кортикогенез восстанавливается независимо от положения слоя клеток, вырабатывающих рилин, в исследованиях на мышах, а также отсутствие экспериментальных доказательств действия белка на конусы роста и ведущие отростки нейронов, породили дополнительные гипотезы. Згадно с одним из них, рилин повышает чувствительность клеток к еще неизвестного сигнала позиционирования.

Роль рилин в нервной системе взрослого организма связана с двумя активными участками нейрогенеза во взрослом мозге — субвентрикулярною зоной и зубчатой ​​извилиной. Цепочки нейробластов, осуществляющие в мозге некоторых видов животных тангенциальную миграцию Ростральная миграционным трактом с субвентрикулярнои зоны к обонятельной луковицы, под влиянием рилин распадаются на отдельные клетки. Эти клетки приобретают способность преодолевать уже существующие слои нейронов и осуществляют радиальную миграцию вдоль глиальных волокон. В зубчатой ​​извилине рилин отвечает за поддержку компактного слоя гранулярных клеток, постоянно пополняется новыми нейронами, которые зарождаются в субгранулярний зоне.

Рилин у взрослых также продолжает выделяться ГАМКергичнимы интернейронами коры мозга, зародившиеся в медиальном ганглионарный холмике. Рилин, выделяемый ими, усиливает синаптическую пластичность и долговременную потенциация, взаимодействуя с рецепторами ApoER2 и VLDLR.

По данным одного исследования, рилин может участвовать в возрастной изменении композиции NMDA-рецептора, повышая мобильность рецепторов, содержащих субъединицу NR2B.

Изображения по теме

  • Рилин