Кіріспе
Хомо сапиенс түріндегі ақуызды кодтайтын ген. DSCAM және Dscam – Даун синдромы жасушасының жабысу молекуласының аббревиатуралары. Адамдарда DSCAM бірнеше ақуыз изоформаларының біреуін кодтайтын генді білдіреді. Даун синдромы (ДС), 21-трисомияға байланысты туындайды және интеллектуалды қабілеттердің бұзылуымен байланысты ең көп кездесетін туа біткен кемшілік. DSCAM ДС дамуында маңызды рөл атқарады: ол дамитын жүйке жүйесінде экспрессияланады, ең жоғары деңгейдегі экспрессия ұрықтың миында байқалады. Дамитын орталық жүйке жүйесінде оның экспрессиясы артық болған жағдайда, Даун синдромына алып келеді. Drosophila melanogaster-дегі Dscam ақуызының гомологы төрт өзгермелі экзон кластерінен (тиісінше 12, 48, 33 және 2 альтернатива) пайда болған 38 016 изоформаға ие.
DSCAM and Dscam are both abbreviations for Down syndrome cell adhesion molecule. In humans, DSCAM refers to a gene that encodes one of several protein isoforms. Down syndrome (DS), caused by trisomy 21, is the most common birth defect associated with intellectual disability. DSCAM plays a crucial role in the development of DS: it is expressed in the developing nervous system, with the highest level of expression occurring in the fetal brain. When over expressed in the developing fetal central nervous system, it leads to Down syndrome. A homologue of the Dscam protein in Drosophila melanogaster has 38,016 isoforms arising from four variable exon clusters (12, 48, 33 and 2 alternatives, respectively).
Тарих/ашықтандыру
DSCAM ақуызының құрылымы сақталған, деутеростомалар мен протостомалардағы аминқышқылдарының шамамен 20%-дан астам сәйкестігі байқалады. Егер DSCAM генінің ата-тегі гомологты ген болса, онда DSCAM генінің пайда болуы 600 миллион жылдан ертерек мерзімге жатады. Одан бері DSCAM гені омыртқалы жануарлар мен жәндіктерде кем дегенде бір рет көбейген. DSCAM алғаш рет адамның 21q22 хромосомалық аймағында орналасқан ақуыздарды сипаттау мақсатымен анықталды, бұл аймақ Даун синдромында маңызды рөл атқарады. «Даун синдромының жасушалық адгезия молекуласы» деген атау бірнеше себептерге байланысты таңдалды: 1) хромосомалық орналасуы, 2) дамып келе жатқан жүйке тініндегі қалыпты экспрессиясы және 3) басқа жасушалық адгезия молекулаларына (ЖАМ) қатысты Ig рецепторының құрылымы.
Ген
ДСКАМ гені DS-тің маңызды аймағында анықталды. Dscam трансмембраналық ақуыз және иммуноглобулин (Ig) клеткалық адгезия молекулаларының суперотбасының мүшесі деп саналады. Ол дамушы жүйке жүйесінде экспрессияланады, ең жоғары деңгейі аналық мида байқалады. Бұл геннің дамушы орталық жүйке жүйесінде артық экспрессиялануы Даун синдромына алып келеді. Жасуша беттері мен жасушааралық матрицалардың әртүрлі гликопротеиндері, «адгезия молекулалары» деп аталады, олар даму кезінде жасушалардың өзара әрекеттесуін анықтауда, сондай-ақ жүйке жүйесінің сақталуы мен жаңаруында маңызды рөл атқарады. DSCAM-ға ұқсас тағы бір ген, DSCAML1, 11q23 хромосомалық аймақта орналасқан, бұл Гиль де ла Туретт және Якобсен синдромдарымен байланысты. Буынтұқымдыларда DSCAM генінің құрылымында экзондардың бірнеше рет қайталануы нәтижесінде үш үлкен тандемдік тізбек пайда болған, олар баламалы тігілуге ұшырайды. Бұл тізбектер ішіндегі жеке экзондық тізбектердің баламалы тігілуі өзара қосылмаған және комбинаторлық жолмен жүзеге асырылады, бұл ондаған мың Dscam изоформаларының пайда болуына мүмкіндік береді. Артроподтардың геномдарында бұл үш үлкен экзондық тізбек екінші және үшінші Ig домендерінің N-терминалды жартысын және толық Ig7 доменін кодтайды. Бұл изоформалардың әртүрлі құрылымы байланыс әрекеттесулеріндегі айырмашылықтарға әкеледі. D. melanogaster-тың екі изоформасының (тек алғашқы төрт Ig домендерімен) – D9.9 және D1.34 – кристалдық құрылымдары байланыс эпитоптарында, димеризациялық интерфейсінде және конформациясында үлкен айырмашылықтарды көрсетеді. Айырмашылықтың көп бөлігі Ig3 доменінің иілгіш тізбегінде (loop) кездеседі. Гендер мен олардың өнімдері арасындағы гомологияны салыстыру эволюциялық жол бойындағы филогенетикалық қатынастарды түсіну үшін маңызды. Бір түрдің бір DSCAM-інен пайда болатын мыңдаған изоформалардан басқа, DSCAM түрлер арасында да әртүрлі гомологияны көрсетеді. Төменде Даун синдромының адгезиялық молекуласының гомологтары ретінде анықталған гендер, мРНК транскрипттері және ақуыздар тізімі келтірілген: + Гомологтар Түрлер Ген мРНК Ақуыз H. sapiens DSCAM NM 001389.3 NP 001380.2 P. troglodytes DSCAM XM 001171538.1 XP 001171538.1 M. mulatta DSCAM XM 002803124.1 XP 002803170.1 C. lupus DSCAM XM 544893.3 XP 544893.3 B. taurus DSCAM XM 002685111.2 XP 002685157.1 M. musculus Dscam NM 031174.4 NP 112451.1 R. norvegicus Dscam NM 133587.1 NP 598271.1 G. gallus DSCAM XM 416734.3 XP 416734.3 D. rerio dscam NM 001030224.1 NP 001025395.1 D. melanogaster CG42330 NM 001043131.2 NP 001036596.2 A. gambiae AGAP007092 XM 308666.4 XP 308666.4
Функциялар
Көптеген нейрондық рецепторлар сияқты, Dscam ақуыздары да көп қызмет атқарады, олардың қайтартатын және тартатын рөлдері олармен өзара әрекеттесетін лигандтың түріне байланысты болады.
Иммунитет
Омыртқасыз жануарлар антиденеге негізделген иммундық жүйеге ие емес. Олардың орнына, омыртқасыздар инфекциялық ұяларды жою үшін туа пайда болған иммундық жүйесіне сенеді. Инфекциялық агенттердің әртүрлі спектрін анықтау және оларға жауап беру міндеті, иммундық реакцияны бастау үшін молекулалық маркерлермен байланысты әртүрлі үлгілерді анықтайтын, гендік кодталған үлгіні тану рецепторлары (PRR) арқылы орындалады. Dscam-ның шыбындардың иммундық реакциясындағы рөлі, DSCAM-ның RNAi-мен шақырылған азайту эксперименті арқылы көрсетілді, онда ол шыбындардың иммундық жүйесіндегі рөл атқаратын жасушалармен байланысты екені анықталды. Dscam-ның жәндіктерде фагоцитоз процесіндегі рөлі бар екені анықталды. Фагоциттік белсенділікке ие геннің тігілу үлгісі, жұқпалы патогеннің түріне тән. Масаларда, Anopheles gambiae Dscam (AgDscam) генін өшіру, оның Плазмодиуммен күресу қабілетін жояды. Dscam-ның тану механизміне тән ерекшелік, осы түрдегі масаларға бактерия мен Plasmodium, сондай-ақ Plasmodium berghei және Plasmodium falciparum инфекцияларын ажыратуға мүмкіндік береді.
Синаптогенезді реттеу
Өзін-өзі болдырмау – бұл нейрондық процестердің арборизация және аксон тармақтану кезінде фасцикуляция мен түйісуді болдырмау үшін бір-бірін итермелейтін механизм. Өзін-өзі болдырмау, орман өсіру үлгісінде кең аумақты жабысуды болдырмау және даму кезінде жүйке жүйесінің әртүрлі аймақтарындағы нейрондық процестерді жабуды жеңілдету үшін қажет. DSCAM-ның жүйке дамуы кезінде омыртқалы және омыртқасыз жануарларда осы процеске қатысатыны белгілі. Жасушалық агрегация сынақтары иммуноглобулин суперотбасына жататын DSCAM сияқты жасушалық адгезия молекулаларының гомофильді және ерекше байланыста екенін көрсетті. Бұл молекулалар химиялық тартымдылық және кері қайтуда да рөл атқарады. Дрозофиланың Dscam1 молекуласы нейрондық даму кезеңінде нейрондық процестер арасындағы нетринге тәуелді химиоаттракцияға қарсы әрекет ететін молекулалардың бірі болуы мүмкін. Dscam-ның гомофильді реплюсия кезінде изоформаға тән байланысу қасиеттері өзін-өзі болдырмаудың негізі болып табылады, бұл синапты өрістердің қалыптасуында аксоналдық және дендриттік процестердің біркелкі таралуы үшін маңызды даму механизмі. Сонымен қатар, DSCAM-ның дрозофиланың нейрондық дамуы кезінде "тақталау" ролі бар деп есептеледі. Тақталау – бұл белгілі бір аумақта бірдей функцияны бөлісетін жасушалардың процестері жұмыс істейтін, онда дендриттік немесе аксоналдық өрістердің бір-біріне жабыспайтын үлгісін құру үшін жүйке түйіндерін құру. Dscam1 және Dscam2 Drosophila-да аксондардың тармақтануы мен тақталауына қатысы бар сияқты. Тақталау Dscam2 арқылы ортадастырылған гомофильді реплюсия бір кластағы жасушалардың процестерінің бір-біріне жабысуына жол бермегенде пайда болады. Сонымен қатар, олардың клеткалық типке тән, өзара қосылмаған экспрессия үлгілері бар. Альтернативті экзондарды комбинациялық пайдаланудың арқасында Drosophila Dscam-ның гомофильді байланысу ерекшелігі ондаған мың ықтимал гомодимерлерге дейін күшейтіледі. Бұл Dscam әртүрлілігі >18000 түрлі гомодимерді тудыруы мүмкін екенін көрсетеді. DSCAML1 11q deletion синдромымен байланысты deletion аймақтағы 11 хромосомаға орналасқан. Бұл нейрокогнитивті ақауларға және DS-те байқалатын басқа да ақаулар жиынтығына әкеледі, соның ішінде психомоторлық кемістік, страбизм, эпикант, телекант, карп пішіндес жоғарғы ерін, төмен орналасқан дисморфты құлақтар және жүрек ақаулары. ДС миында DSCAM экспрессиясының деңгейі 20%-дан астамға жоғарылайды. Оның әлеуетті нейрондық морфоген ретіндегі сәйкестігін және дамуының ең ерте кезеңдерінен бастап ми және мишақша қабықтарында экспрессиялануын ескере отырып, бұл деңгейдегі DSCAM экспрессиясы DS-тің туылғанға дейінгі және кейінгі ақауларына, әсіресе ми және мишақша гипоплазиясына және дендриттік ағаштың бұзылуларына ықпал етуі мүмкін деп айту орынсыз емес. Сонымен қатар, DSCAM экспрессиясының артуы DS-те байқалатын кортикальды ламинацияның ақауларына ықпал етудегі рөлін Реелин және LIS1 сияқты Cajal-Retzius жасушалары экспрессиялайтын басқа гендердегі бұзылулар нейробласттардың көшірілуі мен кортикальды ламинациядағы ауыр ақауларға әкеп соғады деген факт растайды. Туа пайда болған жүрек ақаулары (ТЖА) зерттеуінде DSCAM-ның басқа гендермен полигендік әсері зерттелді. Қалыпты физиологиялық жағдайларда DSCAM және COL6A2 жасуша матрицасының жабысуын қамтамасыз ету үшін drosophila-да бірлесіп жұмыс істейді. Алайда, DSCAM және COL6A2-ні drosophila және егеуқұйрық жүрегінде экспрессиялау, бірнеше жүрек ақауларына, соның ішінде көкірек аралық қабырғаның ақауларына және жүрек гипертрофиясына қоса, өлім-жітім деңгейінің жоғарылауына әкелді. DSCAM және COL6A2 арасындағы өзара әрекеттесу және олардың біріктірілген әсерлері H9c2 жүрек жасушалар желісінде жүрек гипертрофиясының жиілігімен байқалды. Кардиологиялық бұзылуларға полигендік әсерін тексеру үшін басқа гендік комбинациялар тексерілген кезде, DSCAM–COL6A2 жұбының дрозофилада ең ауыр жағымсыз әсерін тудыратыны анықталды. Бұл нәтижелерді адамдардағы жүрек ақаулары бар DS пациенттерінде қолдану үшін гендік экспрессия деңгейінің түрге тән айырмашылықтарын ескере отырып, қосымша зерттеулер қажет. Дегенмен, DSCAM-ның бұзылған экспрессия деңгейінде жүрек ауруларының прогрессиясына синергиялық әсер ететінін анықтау, оның кейбір басқа ірі аурулардағы рөлін зерттеуге мүмкіндік береді.