Введение

Кодирующий белок ген вида Homo sapiens Noggin, также известный как NOG, является белком, который участвует в развитии многих тканей тела, включая нервную ткань, мышцы и кости. У людей ноггин кодируется геном NOG. Последовательность аминокислот человеческой головы очень похожа на последовательность мышей, крыс и ксенопусов (род водной лягушки). Noggin является ингибитором нескольких морфогенетических белков кости (BMPs): он ингибирует по крайней мере BMP2, 4, 5, 6, 7, 13 и 14. Название белка, которое в английском языке означает "голова", было придумано в связи с его способностью производить эмбрионы с большими головами при воздействии высоких концентраций.

Функция

Ноггин - сигнальная молекула, играющая важную роль в стимулировании формирования сомита в развивающемся эмбрионе. Он высвобождается из нотокорды и регулирует костный морфогенный белок 4 (BMP4) во время развития. Отсутствие BMP4 вызывает формирование нейронной трубки и сомитов из нейронной пластины в развивающемся эмбрионе. Это также вызывает образование головы и других спинных структур. развитие костей и слияние нервной трубки. Гетерозиготы, имеющие мутации в ноггин-гене, могут вызывать деформации, такие как слияния суставов и синдромы, такие как синдром множественного синостоза (SYNS1) и проксимальный симфалангизм (SIM1). Кроме того, было показано, что истощение ноггина в жировой ткани приводит к ожирению.

Механизм действия

Секретируемый полипептид ноггин, кодируемый геном NOG, связывает и инактивирует членов суперсемейства сигнальных белков трансформирующего фактора роста бета (TGF бета), таких как костный морфогенетический белок 4 (BMP4). Диффузируя через внеклеточные матрицы более эффективно, чем члены бета-суперсемейства TGF, ноггин может играть основную роль в создании морфогенных градиентов. Ноггин, по-видимому, обладает плейотропным эффектом как на ранних стадиях развития, так и на более поздних стадиях.

Модель нокаута

Исследование на мышиной нокаут-модели отслеживало степень, в которой отсутствие головы влияет на эмбриологическое развитие. Основное внимание исследования было уделено формированию уха и его роли в проводящей потере слуха. Внутреннее ухо подверглось многочисленным деформациям, затрагивающим кохлеарный канал, полукруговые каналы и части оптической капсулы. Было также показано, что участие ноггина в пороках является косвенным, через его взаимодействие с нотокордой и нейронной осью. Сгибание нотокорды и дезориентация оси тела приводит к хвостовому сдвигу в плане эмбрионального тела заднего мозга. Основные сигнальные молекулы из ромбомерных структур в задней части мозга не могли должным образом вызвать образование внутреннего уха. Это отражает регулирование ноггином BMP как основного источника деформации, а не ноггин, непосредственно влияющий на развитие внутреннего уха. Специфические нокаут-модели были созданы с использованием системы Cre lox. Модель, исключающая ноггин специально в жировых клетках, позволила выяснить, что ноггин также играет роль в жировой ткани: его истощение в жировых клетках вызывает изменения в структуре как коричневой, так и белой жировой ткани, наряду с дисфункцией коричневого жира (нарушение термогенеза и β-окисления), что приводит к резкому увеличению массы тела и процента жира в организме, что вызывает изменения в липидном профиле и в печени; эффекты варьируются в зависимости от пола. На раннее развитие черепно-лицевого отдела в значительной степени влияет наличие ногги, в соответствии с его многочисленными тканевыми специфическими требованиями. Ноггин влияет на формирование и рост нёба, челюсти и черепа через его взаимодействие с клетками нервной черепы. У мышей с дефицитом гена NOG обнаружены вырост нижней челюсти и расщелина неба. Другая деформация, связанная с черепно-лицевой костью, вызванная отсутствием головы, - это потеря слуха, вызванная неконтролируемым выростом кохлеарного канала и его скручиванием. Недавно было выявлено несколько гетерозиготных мутаций NOG в неродственных семьях с проксимальным симфалангизмом (SYM1) и синдромом множественных синостозов (SYNS1); как SYM1, так и SYNS1 имеют множественное слияние суставов в качестве своей основной особенности и отображают ту же область на хромосоме 17 (17q22) как NOG. Эти мутации указывают на функциональную гаплоинсуфициенцию, когда гомозиготные формы являются эмбрионально летальными.

Открытие

Ноггин изначально был изолирован из рода водяных лягушек Xenopus. Открытие было основано на способности организма восстанавливать нормальную спинную вентральную ось тела у эмбрионов, которые были искусственно вентрализованы ультрафиолетовым лечением. Ногин был обнаружен в лаборатории Ричарда М. Харланда и Уильяма Смита в Калифорнийском университете в Беркли из-за его способности вызывать образование вторичной оси в эмбрионах лягушек.