Кіріспе

Аксонды бағыттауға қатысатын ақуыздар класы

Нетриндер – аксонды бағыттауға қатысатын ақуыздар класы. Олар санскрит тіліндегі "нетр" сөзінен аталған, яғни "жетекші" деген мағынаны білдіреді. Нетриндер генетикалық тұрғыдан нематод құрттары, жеміс шыбындары, бақалар, егеуқұйрықтар және адамдарда сақталады. Құрылымдық тұрғыдан, нетрин клеткадан тыс матрицалық ақуыз – ламининге ұқсас. Нетриндер химиотроптық болып табылады; өсіп келе жатқан аксон нетриннің жоғары концентрациясына қарай немесе одан алшақтайды. Аксонды бағыттау механизмі толыққанды түсіндірілмегенімен, нетринге тартылу UNC 40/DCC жасуша беткейлік рецепторлары арқылы, ал тебілу UNC 5 рецепторлары арқылы жүзеге асатыны белгілі. Нетриндер сондай-ақ өсу факторлары ретінде әрекет етеді, мақсатты жасушаларда жасуша өсуіне ынталандық береді. Нетринге жетіспеушілікпен туған егеуқұйрықтарда гиппокамп комиссурасы немесе corpus callosum қалыптаспайды. Адам эмбриондарының даму кезеңіндегі омыртқа жотасындағы нетрин әрекетінің ұсынылған моделі бойынша, нетриндер еден пластинкасынан бөлінеді, содан кейін дамушы омыртқа жотасындағы нейрондарға жататын аксондардың өсу конустарында орналасқан рецепторлық ақуыздармен сіңіріледі. Бұл нейрондардың денелері қозғалмай тұрады, ал аксондар нетриндермен анықталған жолмен қозғалып, ақырында эмбриональды ми ішіндегі нейрондармен синапстар құру арқылы байланысады. Зерттеулер жаңа аксондардың нетриндерге немесе олармен байланысты химиялық факторларға емес, бұрын қалыптасқан жолдарға сүйенетінін көрсетеді.

Ашылу

Нетрин алғаш рет 1990 жылы Caenorhabditis elegans нематодында сипатталды және стандартты C. elegans атау ережесіне сәйкес UNC 6 деп аталды. UNC 6-ның алғашқы сүтқоректі аналогы 1994 жылы ашылды, онда оның кеміргіштердің жұлындығындағы комиссуральды аксондар үшін өте маңызды бағыттаушы сигнал екені анықталды.

Нетриндер туралы жалпы түсінік

Нетриндер тобы көбінесе секрецияланатын ақуыздардан тұрады, олар мидың даму кезінде кейбір нейрондарды тартатын, ал басқаларын итергіштейтін екі функциялы сигналдар болып табылады. Екі жақты симметрияға ие барлық жануарлардың орта сызығында кездесетін олар, нейрогенез кезінде ұзақ немесе қысқа қашықтықтағы сигналдар ретінде әрекет ете алады. Өз функцияларын орындау үшін нетриндер нақты рецепторлармен – нейрондарды тарту үшін DCC немесе кері итеру үшін UNC 5 рецепторларымен өзара әрекеттеседі. Нетриндердің екіншілік құрылымында аминдық терминальдың соңында ламининмен гомологты бірнеше домендері бар, бұл жоғары деңгейде сақталуды көрсетеді. C-терминальдық доменде түрлер арасындағы ең көп айырмашылықтар кездеседі және ол клеткадан тыс матрицадағы немесе жасуша бетіндегі нақты белоктармен өзара әрекеттесуге мүмкіндік беретін әртүрлі аминқышқылдарынан тұрады. Құрылымдық және функционалдық айырмашылықтар бірнеше түрлі нетриндерді анықтауға әкелді, олардың ішінде нетрин 1, нетрин 3 және нетрин G бар.

Негізгі нетриндер

Нетрин 1 омыртқа миының қарынды аймағындағы еден пластинасында және нейроэпителийлік жасушаларда, сондай-ақ жүйке жүйесінің басқа да жерлерінде, оның ішінде соматикалық мезодерма, бүйрек безі және жүрек бұлшық еттерінде табылады. Оның негізгі қызметі – аксональды бағыттау, нейрондық көші-қон және әртүрлі тармақталу құрылымдарының морфогенезі. Нетрин 1 геніндегі мутациясы бар егеуқұйрықтарда мидың алдыңғы және омыртқа миының комиссуралық аксондары жетілмейді. Нетрин 1 және 3 қатерлі ісік жасушаларында ғана экспрессияланатыны анықталды. Нетрин 3 басқа нетриндерден өзгеше. Ол шеткі жүйке жүйесінің даму кезінде қозғалтқыш, сезім және симпатикалық нейрондарда кездеседі, ал орталық жүйке жүйесінде өте шектеулі. Дамушы құрттың эпидермалық жасушаларында да осындай ерте экспрессия және бүйірлік орта сызықтан шығатын белок концентрациясының градиенті байқалады. Дәлелдер бұл градиенттің UNC 6-ның аксондардың бастапқы айналмалы көші-қонын орталық бүйірлік сызыққа бағыттаудағы ұзақ қашықтықтағы функциясы үшін маңызды екенін, ал UNC 40 рецепторы тартымды жауапқа қатысатынын көрсетеді. Қосымша аксондар орта сызыққа жеткенде, UNC 6-ның уақытша және кеңістіктегі экспрессиясы күшейе түседі, бұл аксондардың жалпы арқалық-қарнылық бағытынан кейін UNC 6 аксондарды нақтырақ жерлерге бағыттауға қатысатынын көрсетеді. Жақында ғалымдар нетрин 1-нің DCC-мен байланысуы кем дегенде үш тәуелсіз сигналдық жол арқылы аксональды тартымдылықты қозғалысқа келтіретін көптеген жасушалық механизмдерді сипаттады. Үш жолдың барлығында да нетрин 1 DCC-нің гомодимеризациясын тудырады, бұл хемоаттракция каскадын бастайды. Бірінші жол бойынша, фокусқа қатысты адгезия киназасы (FAK) DCC-ге байланысады және екеуі де нетрин 1-ге байланысқанда тирозин фосфорилирлеуіне ұшырайды, бұл Src және Fyn-нің жұмылдырылуына және фосфорилирленуіне әкеледі, бұл екінші хабаршылар Rac1 және Cdc42-нің артуына алып келіп, өсу конусының кеңеюін қозғалысқа келтіреді. Екінші мүмкін жол бойынша, фосфатидилинозитол трансферлік протеін α (PITP) фосфорилирленген DCC-ге байланысады, бұл фосфолипаза C (PLC)-ны cAMP-тің cGMP-ге қатынасын арттыруға итермелейді. Бұл cAMP-тің cGMP-ге қатысты артуы L типті Ca2+ каналдарын, сондай-ақ өтпелі рецепторлық потенциалдық каналдарды (TRPC) белсендіреді, бұл жасушадан тыс Ca2+ ағынына әкеледі. Дәлелдерге сүйенсек, кальцийдің артуы Rho GTPазалар, Cdc42 Rac1 және ядролық транскрипция факторы NFAT-тың белсендірілуіне себеп болады, олардың барлығы өсу конусының кеңеюін бастауы мүмкін. Қосымша зерттеулер де нетрин тудырған DCC төменгі бағытындағы NcK және Wiskott-Aldrich синдромы протеіні WASP-тың Rac1 және Cdc42-ні және содан кейін аксондардың өсуін қозғалысқа келтіргенін көрсетті.

Қалпына келтіру

ДЦК омыртқалы жануарларда да, ал UNC 40 – C. elegans-та да нетрин рецепторы Unc5-пен байланысқанда, тартымды емес, керісінше, итергіш жауапты тудырады. Жоғарыда талқыланған орталық желілік градиентте нетрин 1 трохлеарлық моторлық нейрондардың аксондары үшін химиорепеллент ретінде әрекет етеді, осылайша олардың өсуін дорсальды бағытта (орталық желіліктен алыс) бағыттайды. Эмбриональды Xenopus жұлынның ДЦК-ны антиденелермен тежеу in vitro жағдайында тартымдылықты да, итергіштікті де тоқтатты. Сондай-ақ, C. elegans unc 40 мутанттарында көптеген кемшіліктер байқалды; алайда, миграция үлгілеріндегі қателерге unc 5 геніндегі мутациялар күштірек әсер етті, бұл netrin 1 гомологы UNC 6-ның UNC 5 рецепторына байланысуы ғана аксондардың өсуін тежеуге қабілетті екенін көрсетеді. Вертебраттар мен төменгі сатыдағы жәндіктердегі жүйелерде нетриндердің жоғары концентрацияланған қысқа қашықтықтағы химиорепульсиясы негізінен UNC 5 рецепторы арқылы жүзеге асады, ал кеңірек тараған концентрациядағы ұзақ қашықтықтағы итергіш әсерлер DCC (C. elegans-та UNC 40) және UNC 5 арасындағы координацияны қажет етеді. Қазіргі гипотеза бойынша, ұзақ қашықтықтағы химиорепульсия DCC/UNC 5 кешенімен нетрин 1 өзара әрекеттескенде арахидон қышқылының жолын іске қосады. Бұл жол 12 HPETE (12 гидроперокси 5, 8, 10, 14 эйкозатетраено қышқылы) клетка ішіндегі деңгейін арттырады, бұл cGMP сигнализациясын тудырады және одан кейін cAMP/cGMP қатынамын төмендетеді. Бұл қатынасты төмендету L-типті кальций арналары (LCC) арқылы кальций өткізгіштігін тежейді және нәтижесінде Ras гомологты гендер отбасының мүшесі А (RhoA) белсенділігі арқылы өсу конусының итергіш реакциясын тудырады. Ұқсас RhoA-ға байланысты механизм қысқа қашықтықтағы химиорепульсия үшін де ұсынылады, онда нетрин 1 тек UNC 5 гомодимерлеріне байланысу тирозин фосфорилирлеуін тудырады, бұл FAK және Src қажет етеді, нәтижесінде RhoA белсендіріледі. Тағы бір механизм бойынша, тирозинфосфатаза Shp2 нетрин 1/UNC 5 кешеніне байланысу арқылы да RhoA арқылы химиорепульсияны тудыруы мүмкін.

Глиалдық және мезодермалық бағыт-бағдар

Көптеген зерттеулер нетрин 1, UNC 40, UNC 6 және UNC 5 эмбриогенез кезінде глиа жасушаларының қозғалысына қатысатынын көрсетті. Drosophila melanogaster-де қозғалыс фазасында эмбриональды перифериялық глиа (ePG) UNC 5-ті өндіреді. UNC 5 жоқ организмдерде ePG қозғалыс кезінде тоқтап қалады немесе мүлдем қозғалмайды.

Нейрондық бағыттан тыс функциялар

Бір кезде орталық жүйке жүйесінде аксондардың бағытталуына қатысқан деп түсінілгенмен, жаңа зерттеулер нетринді қатерлі ісіктерді реттеумен, жүйке емес тіндердің дамуы мен қалыптасуымен, сондай-ақ қатерлі ісіктерді және басқа да ауруларды анықтаумен байланыстырды.

Тіннің дамуы мен реттелуі

Нетрин жүйке жүйесінен тыс тіндердің дамуы мен жетілуін реттеуде маңызды рөл атқарады. Нейрологиялық емес тіндердің кейбіріне өкпе, плацента, қан тамырлары, бүйрек, бұлшықет және сүт безі тіндері жатады. Нетрин тіндердің морфогенезіне әр түрлі органдарда дамушы жасушалардың қозғалысын және жасушалардың жабысуын бақылау арқылы әсер етеді. Сүт бездерінің дамуы кезінде каналдық желілердің өсіп келе жатқан ұштары екі қабаттан тұрады: люминальды эпителий жасушалары мен қапшық жасушаларынан. Люминальды жасушалар нетрин 1-ді бөліп шығарады, ол қапшық жасушаларындағы рецептор неогенинге (DCC гомологы) байланады. Бұл екі жасушалық қабаттың бірігуіне мүмкіндік береді, бұл сүт бездеріндегі терминалды ұшы түйіндерінің (TEB) дұрыс морфогенезі үшін қажет. Нетрин 1 немесе неогенин үшін кодталған геннің жоғалуы TEB-тің дұрыс қалыптаспауына әкеледі, бұл нейрондық жүйелердегідей бағыттаушы молекула ретінде әрекет етудің орнына, нетрин 1 сүт тінінде жабысқақ ретінде қызмет етеді. Эмбриональды өкпенің морфогенезінде эпителий жасушалары нетрин 1 және нетрин 4-ті экспрессиялайды. Бұл нетриндер базалық мембранадағы эндодермалық бүршіктерді қоршап, дистальді ұштық жасушалардың DCC және UNC5B экспрессиясын болдырмайды. Бұл өкпенің қалыпты дамуына мүмкіндік береді және тым көп тармақтану мен бүршік пайда болуының алдын алады. Нетрин қан тамырлары желілерінің өсуіне маңызды молекула ретінде қатысады. Көптеген зерттеулер нетриннің осы тармақталатын тамырларға әртүрлі әсерін анықтады. Қан тамырлары тініндегі эндотелий ұшындағы жасушалар нейрондық тіндегі өсу конусына ұқсас қасиеттерді көрсетеді. Зерттеулер осы эндотелий ұшындағы жасушалар да нетрин 1-ге байлана алатын UNC5B-ді экспрессиялайтынын анықтады, бұл ангиогенезді тежейді. Алайда, бірнеше зерттеулер нетрин 1 қан тамырларының тармақтануын ынталандыратынын көрсетті. Осы зерттеулер нәтижесінде нетрин 4 лимфа тамыр жүйесінің өсуіне жауапты екені анықталды. Жалпы алғанда, бұл зерттеулер нетриннің реттеуші әсері қан тамырлары тінінің түріне байланысты екенін көрсетеді. Соңғы уақытта нетрин плацентадағы ангиогенезге қатысы бар екені анықталды, сондықтан ол ұрықтың тіршілігі үшін өте маңызды. Бұл жаңалық плацентадағы қан тамырларының ауруларын емдеуде маңызды рөл атқарады. Ересектерде нетрин дің клеткаларының қозғалысын және қабынуды реттеуге қатысады. Нетрин 1 лейкоциттердің денедегі қабыну ошақтарына қозғалуын тежейді. Бұл нетриннің жоғарылатуы зақымдалған тінді артық қабынудан қорғайтынын көрсетеді. Сонымен қатар, ересек нейропрогениторлық жасушалар мен омыртқа миының ересек прогениторлық жасушаларының омыртқаға қозғалуы нетрин 1-ге тәуелді. Бұл дің жасушаларының тежелуін немесе тартылуын бақылайтын механизм туралы мәліметтер аз.

Қатерлі ісік пен ауру белгілері

Адамның түрлі қатерлі ісіктерінде нетриннің артық экспрессияланатыны дәлелденген. Сондай-ақ, осы процесте кейбір рецепторлардың төмендеуі байқалды. Апоптоздық реттеуге нетрин рецепторлары DCC және UNC5H жауапты. Нетрин 1-дің жоқтығы апоптозға алып келеді, ал нетрин 1-дің болуы апоптоз жолын тежейді. Бұл жол митохондриялық және өлім рецепторлары арқылы бақыланатын жасуша өліміне әкелетін жолдардан тәуелсіз. Бұл адам ішек эпителийінде байқалды, онда ішек түктерінің жоғарғы бөлігіндегі жасушалардың табиғи өлімінің жоғары деңгейі нетрин 1-дің төмен градиентімен байланысты болды. Бұл нетриннің тіндердің өлімі мен өсуімен байланысын көрсетті. Ісікке қарсы ген p53 нетрин 1 экспрессиясына жауапты, яғни нетрин клеткалық циклды реттеуге қатысатын жол болуы мүмкін. Нетрин жасуша өлімін реттеуде маңызды рөл атқаратындықтан, нетринді кодтайтын ген (NTN1) онкоген саналады. Нетрин 1 ісіктерде жоғары реттелетіні анықталғандықтан, соңғы зерттеулер нетрин 1-ді адам организміндегі қатерлі ісіктің пайда болуын анықтауға арналған биомаркер ретінде қарастырды. Зерттеулер көрсеткендей, нетрин бүйрек, бауыр, простата, мидың менингиомасы, гипофиз аденомасы, глиобластомасы және сүт безі қатерлі ісігі бар пациенттердің қан плазмасында қалыпты деңгейден жоғары концентрацияда табылды. Нетрин 3 нейробластомада (балалар ісігі) және ұсақ жасушалы өкпе қатерлі ісігінде (SCLC) ерекше экспрессияланады, бұл жағдайда ол пациенттің нашар жағдайымен байланысты.

Нетринді зерттеуді жалғастыру

Нетриндер молекулаларының туысына қатысты көптеген сұрақтар әлі де жауапсыз қалды. UNC 5 омыртқалылардың гомологтарының хеморепульсияда қандай рөл атқаратыны әлі анық емес. Нетриннің даму кезіндегі экспрессиясы жайлы көп мәлімет болғанымен, мидағы кейінгі дамудағы реттелуі туралы әлі аз нәрсе белгілі. Нетрин нокаут егешқұйрықтары нетриннің аксондарды бағыттаудағы көптеген рөлін тануға тағы да көп білім керек екенін көрсетті. Қазіргі зерттеулердің маңызды бір бағыты – нетринді қатерлі ісік, миокард инфаркті және Альцгеймер ауруы сияқты түрлі ауруларды емдеу үшін қолдану. Нейробластомамен ауыратын құс және егешқұйрықтардағы зерттеулерде, қатерлі ісіктердегі нетрин 1 автокриндік циклына араласу жасушалардың өліміне алып келді. Бұл болашақ сынақтар нәтижесінде жаңа емдеу әдістеріне жол ашуы мүмкін. Нетрин 1 деңгейін төмендетуге қатысты ұқсас емдеулер метастаздық сүт безі және колоректальды қатерлі ісіктерде де зерттелді. Жақындағы зерттеулер нетриннің NO газын бөліп шығару арқылы жүрек қорғау қызметін атқаратынын көрсетті. Егешқұйрықтарда нетрин Альцгеймер ауруында амилоидты бляшкалардың пайда болуына себепші (Aβ) пептидінің реттелуімен де байланысты.