Гены семейства NeuroD контролируют выживание нейронов в развивающемся гиппокампе
- Авторы: Филатьева А.Е.1, Кондакова Е.В.1,2, Гавриш М.С.1, Бормут О.3, Бормут И.3, Тарабыкин В.С.3
-
Учреждения:
- Научно-исследовательский институт нейронаук, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
- Научно-исследовательский институт медицинской генетики Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук
- Институт клеточной биологии и нейробиологии клиники Шарите
- Выпуск: Том 18, № 4 (2023)
- Страницы: 465-468
- Раздел: Материалы конференции
- Статья получена: 13.11.2023
- Статья одобрена: 18.11.2023
- Статья опубликована: 15.12.2023
- URL: https://genescells.ru/2313-1829/article/view/623291
- DOI: https://doi.org/10.17816/gc623291
- ID: 623291
Цитировать
Полный текст
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Аннотация
NeuroD 1/2/6 транскрипционные факторы относятся к семейству bHLH-содержащих белков, которые являются активаторами транскрипции и контролируют различные аспекты дифференцировки нейронов [1]. В развивающихся коре головного мозга и гиппокампе все 3 фактора имеют перекрывающиеся паттерны экспрессии, что предполагает частичное дублирование их функций в развитии [2]. Они также вносят свой вклад в формирование основных пучков аксонов, комиссур в головном мозге, в частности, самой большой из них — мозолистого тела. Его агенезия, полная или частичная, является одной из наиболее распространённых сопутствующих патологий при врождённых пороках развития человека и часто сочетается с отсутствием или недоразвитием гиппокампа [3].
Для того, чтобы изучить роль, которую играют эти факторы в развитии гиппокампальной формации, нами были созданы ряд аллельных серий генно-модифицированных мышей, несущих инактивирующие мутации во всех 3 генах. Оказалось, что инактивация NeuroD1 приводит к отсутствию зубчатой борозды. В то же время инактивация всех 3 NeuroD генов приводит к тому, что на поздних стадиях развития отсутствуют все 3 региона гиппокампальной формации (СА1, СА2, СА3), а также зубчатая борозда.
С целью исследования клеточных механизмов нарушения развития гиппокампальной формации нами была предложена гипотеза о том, что NeuroD транскрипционные факторы могут контролировать либо пролиферацию и дифференцировку нейронов, либо клеточную смерть. Для того чтобы проверить, какая из этих гипотез является верной, нами была проведена серия инъекций BrdU на Е15 стадии развития с тем, чтобы проанализировать различные параметры пролиферации: пропорции клеток на разных этапах дифференцировки, выход из клеточного цикла, длина клеточного цикла, количество клеток, находящихся в S-фазе клеточного цикла. Нами не было обнаружено никаких различий в параметрах пролиферации и клеточного цикла у эмбрионов, гомозиготных по всем 3 мутантным аллелям.
Для того чтобы проверить альтернативную гипотезу, нами был проведен анализ клеточной смерти — апоптоза. Для анализа клеточной смерти было выбрано 2 метода: анализ активности каспазы-3 — одного из белков, активирующих апоптоз, — а также анализ количества двухцепочечных разрывов (TUNEL-тест). Было обнаружено, что развивающийся гиппокамп тройных мутантов содержит большое количество позитивных клеток как по каспазе-3, так и по двухцепочечным разрывам ДНК. Оказалось, что количество апоптотических клеток в развивающейся гиппокампальной формации зависит от дозировки гена аллелей NeuroD 1/2/6.
Для определения стадии нейрональной дифференцировки, на которой нейроны подвергаются массивной клеточной смерти, нами была предпринята модификация BrdU-сhase анализа. В данном анализе мы инъецировали BrdU на стадии E12, и эмбрионы были отобраны с разным временным интервалом (12, 18 и 24 ч). Такой эксперимент позволяет оценить временной период после выхода из митотического цикла, когда клетка запускает механизм апоптоза.
Ключевые слова
Полный текст
NeuroD 1/2/6 транскрипционные факторы относятся к семейству bHLH-содержащих белков, которые являются активаторами транскрипции и контролируют различные аспекты дифференцировки нейронов [1]. В развивающихся коре головного мозга и гиппокампе все 3 фактора имеют перекрывающиеся паттерны экспрессии, что предполагает частичное дублирование их функций в развитии [2]. Они также вносят свой вклад в формирование основных пучков аксонов, комиссур в головном мозге, в частности, самой большой из них — мозолистого тела. Его агенезия, полная или частичная, является одной из наиболее распространённых сопутствующих патологий при врождённых пороках развития человека и часто сочетается с отсутствием или недоразвитием гиппокампа [3].
Для того, чтобы изучить роль, которую играют эти факторы в развитии гиппокампальной формации, нами были созданы ряд аллельных серий генно-модифицированных мышей, несущих инактивирующие мутации во всех 3 генах. Оказалось, что инактивация NeuroD1 приводит к отсутствию зубчатой борозды. В то же время инактивация всех 3 NeuroD генов приводит к тому, что на поздних стадиях развития отсутствуют все 3 региона гиппокампальной формации (СА1, СА2, СА3), а также зубчатая борозда.
С целью исследования клеточных механизмов нарушения развития гиппокампальной формации нами была предложена гипотеза о том, что NeuroD транскрипционные факторы могут контролировать либо пролиферацию и дифференцировку нейронов, либо клеточную смерть. Для того чтобы проверить, какая из этих гипотез является верной, нами была проведена серия инъекций BrdU на Е15 стадии развития с тем, чтобы проанализировать различные параметры пролиферации: пропорции клеток на разных этапах дифференцировки, выход из клеточного цикла, длина клеточного цикла, количество клеток, находящихся в S-фазе клеточного цикла. Нами не было обнаружено никаких различий в параметрах пролиферации и клеточного цикла у эмбрионов, гомозиготных по всем 3 мутантным аллелям.
Для того чтобы проверить альтернативную гипотезу, нами был проведен анализ клеточной смерти — апоптоза. Для анализа клеточной смерти было выбрано 2 метода: анализ активности каспазы-3 — одного из белков, активирующих апоптоз, — а также анализ количества двухцепочечных разрывов (TUNEL-тест). Было обнаружено, что развивающийся гиппокамп тройных мутантов содержит большое количество позитивных клеток как по каспазе-3, так и по двухцепочечным разрывам ДНК. Оказалось, что количество апоптотических клеток в развивающейся гиппокампальной формации зависит от дозировки гена аллелей NeuroD 1/2/6.
Для определения стадии нейрональной дифференцировки, на которой нейроны подвергаются массивной клеточной смерти, нами была предпринята модификация BrdU-сhase анализа. В данном анализе мы инъецировали BrdU на стадии E12, и эмбрионы были отобраны с разным временным интервалом (12, 18 и 24 ч). Такой эксперимент позволяет оценить временной период после выхода из митотического цикла, когда клетка запускает механизм апоптоза.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источник финансирования. Работа выполнена при поддержке федеральной программы академического лидерства «Приоритет 2030» (тема Н-427-99_2021–2023).
Об авторах
А. Е. Филатьева
Научно-исследовательский институт нейронаук, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Автор, ответственный за переписку.
Email: filatjevaanastasia@yandex.ru
Россия, Нижний Новгород
Е. В. Кондакова
Научно-исследовательский институт нейронаук, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского; Научно-исследовательский институт медицинской генетики Томского национального исследовательского медицинского центра Российской академии наук
Email: filatjevaanastasia@yandex.ru
Россия, Нижний Новгород; Томск
М. С. Гавриш
Научно-исследовательский институт нейронаук, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Email: filatjevaanastasia@yandex.ru
Россия, Нижний Новгород
О. Бормут
Институт клеточной биологии и нейробиологии клиники Шарите
Email: filatjevaanastasia@yandex.ru
Германия, Берлин
И. Бормут
Институт клеточной биологии и нейробиологии клиники Шарите
Email: filatjevaanastasia@yandex.ru
Германия, Берлин
В. С. Тарабыкин
Институт клеточной биологии и нейробиологии клиники Шарите
Email: filatjevaanastasia@yandex.ru
Германия, Берлин
Список литературы
- Bertrand N., Castro D.S., Guillemot F. Proneural genes and the specification of neural cell types // Nature Reviews Neuroscience. 2002. Vol. 3, N 7. P. 517–530. doi: 10.1038/nrn874
- Tutukova S., Tarabykin V., Hernandez-Miranda L.R. The Role of Neurod Genes in Brain Development, Function, and Disease // Frontiers in Molecular Neuroscience. 2021. Vol. 14. P. 662774. doi: 10.3389/fnmol.2021.662774
- Pânzaru M.-C., Popa S., Lupu A., et al. Genetic heterogeneity in corpus callosum agenesis // Frontiers in Genetics. 2022. Vol. 13. P. 958570. doi: 10.3389/fgene.2022.958570
Дополнительные файлы
