Исследование белка Netrin1

Исследователи из Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток Эли и Эдит Брод в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе обнаружили ранее неизвестную функцию белка netrin1 в развитии спинного мозга. Хотя этот белок давно известен своей ролью направляющего сигнала в росте нервных волокон, это новое исследование показывает, что он также регулирует сигнализацию костного морфогенетического белка (BMP), которая имеет решающее значение для организации областей спинного мозга на раннем этапе развития. Исследование, опубликованное в Cell Reports, показывает, что netrin1 не только направляет рост нервных волокон, но и действует как граничный фактор, контролируя распространение сигналов BMP в развивающемся спинном мозге. Эта регуляция особенно важна для обеспечения того, чтобы сигналы BMP, которые играют ключевую роль в развитии сенсорных нейронов, оставались ограниченными дорсальной областью спинного мозга, где обрабатываются сенсорные процессы, такие как прикосновение и боль. По словам доктора Саманты Батлер, старшего автора исследования, открытие родилось из научного любопытства. «Мы обнаружили, что этот белок, который мы давно знаем как мощный архитектор нейронных цепей, играет совершенно неожиданную роль в организации спинного мозга на раннем этапе развития», — объяснила Батлер. Исследование сосредоточено на дорсальной части спинного мозга, где обрабатываются сенсорные входы. Правильное формирование сенсорных нейронов требует точной компартментализации этой области, и сигналы BMP необходимы для этого процесса. Однако проблема заключается в том, чтобы удерживать сигналы BMP в пределах дорсальной области, гарантируя, что другие регионы спинного мозга останутся незатронутыми. Без функции установления границ netrin1 эта тщательная структура может быть нарушена, что приведет к дезорганизации нейронных цепей. Сэнди Альварес, аспирант в лаборатории Батлера и первый автор статьи, подчеркнул важность роли netrin1 в регуляции активности BMP. «Региональная специфичность сигнальных молекул, таких как BMP и netrin1, чрезвычайно важна для правильного формирования и функционирования нейронной сети», – сказал Альварес. «Без регуляции netrin1 мы, вероятно, увидели бы дезорганизованную нейронную сеть, потенциально влияющую на то, как аксоны достигают своих целей, и достигают ли они их вообще». Чтобы изучить эти результаты, исследовательская группа провела эксперименты по приобретению функции с куриными и мышиными эмбрионами, а также с мышиными эмбриональными стволовыми клетками. Когда они ввели прослеживаемую версию netrin1 в развивающийся спинной мозг, они с удивлением обнаружили, что аксоны исчезли. Сначала Альварес подумала, что эксперимент провалился, но после повторения результатов она поняла, что удивительный результат был вызван подавлением netrin1 активности BMP. Исследование показало, что увеличение уровня netrin1 привело к исчезновению определенных популяций дорсальных нервных клеток, в то время как уменьшение уровня netrin1 вызвало расширение этих популяций. Дальнейший биоинформатический анализ показал, что netrin1 достигает этого эффекта, контролируя трансляцию РНК, которая, в свою очередь, регулирует сигнализацию BMP. Доктор Батлер выразила энтузиазм по поводу потенциала этого открытия, особенно для его клинического применения. «Netrin1 — самый мощный архитектор нейронных цепей, с которым я когда-либо работала», — сказала она. €œНаша следующая задача — понять, как мы можем использовать netrin1 для восстановления схем у пациентов с повреждением нервов или травмой спинного мозга.€ Хотя основное внимание в исследовании уделяется развитию спинного мозга, исследователи также предполагают, что их выводы могут иметь более широкие последствия. Netrin1 и BMP экспрессируются в других органах, где точная структура клеток имеет решающее значение, и исследование может дать представление о состояниях, в которых задействованы эти белки, например, при некоторых видах рака или нарушениях развития.

Комментарий обозревателя SuppBase Элис Винтерс

Это недавнее исследование netrin1 и его роли в развитии спинного мозга привносит увлекательный и неожиданный поворот в наше понимание нейронной структуры. В течение многих лет этот белок был признан в первую очередь за его направляющие свойства сигнала — помогая направлять рост нервных волокон по обозначенным путям. Однако открытие того, что он также функционирует как пограничный регулятор для сигнализации BMP в развивающемся спинном мозге, добавляет уровень сложности к его роли в развитии нервной системы. С более широкой точки зрения это открытие может изменить парадигму того, как мы понимаем нейронные схемы, особенно в контексте травм спинного мозга и неврологических заболеваний. На протяжении десятилетий научное сообщество считало, что основные игроки в развитии нейронов были в значительной степени статичными, а netrin1 действовал как простой направляющий сигнал. Это исследование бросает вызов этой точке зрения, раскрывая тонкое взаимодействие между сигнализацией netrin1 и BMP. Ограничивая активность BMP определенными областями спинного мозга, netrin1 обеспечивает точное развитие сенсорных нейронов, что необходимо для правильного функционирования нервной системы. Последствия этого открытия простираются далеко за пределы области эмбрионального развития. Как отмечает доктор Батлер, регуляторная роль netrin1 может иметь решающее значение в терапевтических приложениях, особенно в контексте травм спинного мозга. Если будущие исследования смогут использовать возможности netrin1 по установлению границ для контроля активности BMP, это может проложить путь для инновационных методов лечения, направленных на восстановление или даже регенерацию поврежденной спинномозговой ткани. Это может стать значительным прорывом в области регенеративной медицины. Более того, предположение исследования о том, что netrin1 и BMP могут играть решающую роль в других органах, особенно в контексте нарушений развития или рака, открывает захватывающие пути для будущих исследований. Взаимодействие белков может содержать ключ к пониманию различных патологических состояний, которые включают аберрантную сигнализацию клеток и формирование тканевых паттернов. Подводя итог, можно сказать, что хотя это исследование основано на базовой нейробиологии, его потенциальное применение в клинических условиях делает его важной вехой в регенеративной медицине. Поскольку исследователи продолжают изучать многогранные роли netrin1, мы вполне можем оказаться на пороге новой эры в лечении травм спинного мозга, невральной дегенерации и, возможно, даже некоторых видов рака.