Protocadherins (Pcdhs), которые преимущественно экспрессируются в нервной системе, составляют большое подсемейство в сверхсемействе cadherin , молекул клеточной адгезии. Члены основатели семейства генов Pcdh было открыто Suzuki с сорт. при попытке вделить новые гены, содержащие кадгериновые повторы (Sano et al., 1993). Разные члены Pcdh были впоследствии клонированы, они включали набор из cDNAs, кодирующих cadherin-related neuronal receptors (CNRs) (Kohmura et al., 1998). Удивительной характеристикой соотв. мРНК CNR является то, что их 5' концы отличаются, тогда как их 3' концы все идентичны, это указывает на то, что они генерируются с помощью альтернативного сплайсинга пре-мРНК. Характеристика геномной ДНК человека, кодирующей мРНК для CNR показала, что они кодируют крупный кластер генов Pcdh, обозначенный как α (Pcdha), который располагается непосредственно выше двух добавочных кластеров генов Pcdh, обозначенных как β (Pcdhb) и γ (Pcdhg) (Wu and Maniatis, 1999). Удивительно, геномная организация кластера Pcdh генов напоминает таковую генов иммуноглобулинов и T-cell рецепторов, оба из которых генерируют чрезвычайное разнообразие в иммунной системе посредством механизма, которые использует перестройку ДНК соматических клеток. Последующие исследования подтвердили возможность, что собранные в кластеры Pcdhs служат источником молекулярного разнообразия в нервной системе, хотя и с помощью др. механизма. Чрезвычайное разнообразие клеточной поверхности возникает в результате комбинаторной экспрессии изоформ Pcdh, одновременно с экстраординарной специфичностью, предоставляемой за счет их гомофильных взаимодействий, это привело к пред положению, что собранные в кластеры Pcdhs являются функциональными аналогами белков Drosophila Dscam1, которые играют центральную роль в сборке нейральных связей (circuit) в нервной системе беспозвоночных (Zipursky and Sanes, 2010). В самом деле, недавнее исследование продемонстрировало, что кластер генов Pcdhg необходим для само-избегания (self-avoidance) нейритов у мышей способом, сходным с таковым для гена Dscam1 у мух (Lefebvre et al., 2012). Т.о., очевидно, что собранные в кластеры Pcdhs могут действовать как молекулярный штриховой код для самораспознавания с помощью индивидуальных нейронов в нервной системе позвоночных. Figure

Protocadherin gene clusters

У млекопитающих были идентифицированы два типа генов Pcdh: не собранные в кластеры Pcdhs, которые разбросаны по всему геному (Kim et al., 2011); и собранные в кластеры Pcdhs, которые организованы в три тесно сцепленных кластера генов, обозначенных α, β и γ(Wu and Maniatis, 1999). Мышиные кластеры генов Pcdha, Pcdhb и Pcdhg представлены 14, 22 и 22 членами, соотв., крупные 'изменчивые' экзоны расположены тандемно, каждый кодирует целый внеклеточный домен белка, трансмембранный домен и вариабельный внутриклеточный домен. В кластерах Pcdha и Pcdhg (но не в кластере Pcdhb), множественные вариабельные экзоны расположены выше трех 'константных' экзонов, которые кодируют общий дистальный внутриклеточный домен, соответствующий Pcdha или Pcdhg белкам. Филогенетический анализ показал, что изоформы Pcdh, кодируемые каждым кластером генов обнаруживают сильную гомологию др. с др. Однако заметным исключением является набор из 5 изоформ Pcdh, кодируемых кластером генов Pcdha (Pcdhac1 и Pcdhac2) и кластером генов Pcdhg (Pcdhgc3, Pcdhgc4 и Pcdhgc5), которые эволюционно дивергировали от остальных членов соотв. кластера, и более сходны др. с др.. Эти дивергентные гены Pcdh были обозначены C-типа изоформами. Уникальная геномная организация кластеров генов Pcdh очень консервативна у позвоночных, хотя кластер Pcdhb отсутствует у некоторых низших видов, таких как у рыбок pufferfish Fugu и данио (Yu et al., 2007).

Геномная организация собранных в кластеры Pcdhs указывает на элегантный механизм для генерации разнообразия одиночных клеток головного мозга. Хотя геномная организация кластеров генов Pcdh удивительно сходна с таковой кластеров генов иммуноглобулинов и T-клеточных рецепторов, ранние исследования исключили перестройки ДНК соматических клеток (Tasic et al., 2002). Кроме того, хотя транс-сплайсинг пре-мРНК выявлен между вариабельными и константными экзонами в трех кластерах генов, низкий уровень этих событий вместе с др. доказательствами, исключает возможность, что функциональное разнообразие Pcdh генеерируется посредством механизма транс-сплайсинга (Tasic et al., 2002). Детальная характеристика экспрессии генов Pcdha (Tasic et al., 2002) и Pcdhg (Wang et al., 2002a) выявила, что каждому вариабельному экзону предшествует промотор, а избирательная транскрипция индивидуальных изоформ Pcdh достигается за счет выбора промотора, сопровождаемого цис-сплайсингом альтернативной пре-мРНК. Прямые доказательства для разнообразия одиночных клеток по экспрессии гена Pcdh были предоставлены c помощью исследований RT-PCR одиночных клеток, индивидуальных нейронов Пуркинье от межвидовых F1 гибридных мышей (Esumi et al., 2005; Kaneko et al., 2006; Hirano et al., 2012). Базируясь на этих исследованиях, была предложена модель, согласно которой некоторые альтернативные изоформы Pcdh в каждом из трех кластеров стохастически и независимо транскрибируются в двух гомологичных хромосомах, тогда как все 5 C-типа изоформы постоянно экспрессируются с обеих хромосом в каждом нейроне. Хотя применимость вообще этой модели, базирующейся на клетках Пуркинье, предстоит ещё установить, предполагаемая комбинаторная экспрессия изоформ Pcdh из всех трех кластеров генов может создавать необычное разнообразие клеточной поверхности.

Mechanisms for generating single cell diversity

Как такой сложный способ выбор промоторов осуществляется в индивидуальных нейронах? Этот вопрос впервые возник при идентификации и характеристике транскрипционных регуляторных элементов и ДНК-связывающих белков, которые функционируют в кластере генов Pcdha. A conserved sequence element (CSE) был обнаружен непосредственно выше места старта транскрипции большинства вариабельных экзонов во всех трех кластерах генов Pcdh (Wu et al., 2001), и этот элемент,как было установлено, функционирует как критический промоторный мотив (Tasic et al., 2002; Monahan et al., 2012). Важные транскрипционные энхансерные элементы были идентифицированы позднее при поиске консервативных межгенных последовательностей, обнаружены DNase I hypersensitive (HS) сайтов и оценены c помощью анализа экспрессии репортерного гена у трансгенных мышей (Ribich et al., 2006). Били идентифицированы два энхансерных элемента в кластере Pcdha: HS5-1, который расположен ниже, по крайней мере, константного экзона; и HS7, который расположен в интроне между последними двумя константными экзонами. Эти два энхансера были индивидуально делетированы у мышей, и оба оказались необходимы для максимальных уровней экспрессии генов Pcdha (Ribich et al., 2006; Kehayova et al., 2011). Удивительно, активность энхансера HS5-1 коррелирует со связыванием инсуляторного белка CCCTC-binding factor (CTCF) с промотором мишенью (Kehayova et al., 2011). Интересно, что HS5-1, как было установлено, функционирует как замалчиватель транскрипции экспрессии генов Pcdha в не нейрональных клетках и эта активность замалчивания нуждается в связывании RE1 silencing transcription factor (REST, также известного как NRSF) репрессорного комплекса (Kehayova et al., 2011). Т.о., tHS5-1 элемент действует как включатель-выключатель, переключая экспрессию Pcdha генов на нейронах и выключая в не нейрональных клетках.

Детальная характеристика линий клеток нейробластомы мыши (Monahan et al., 2012) и человека (Guo et al., 2012) выявила прямую корреляцию между транскрипционной активностью и связыванием комплекса CTCF/cohesin с активными промоторами и энхансерами генов Pcdha. Дальнейший анализ с использованием иммунопреципитации хроматина, сопровождаемой секвенирование (ChIP-Seq) показал, что для каждого активно транскрибируемого замещающего гена Pcdha комплекс CTCF/cohesin соединяется с CSE в его промоторе, также как и со второй консервативной последовательностью внутри вариабельного экзона. Сходным образом, комплекс CTCF/cohesin также соединяется с двумя сайтами в HS5-1 энхансере (HS5-1a and HS5-1b). Из двух конституитивно экспрессирующихся C-type генов, только Pcdhac1 содержит сайт CSE в своём промоторе, которые также соединяется с комплексом CTCF/cohesin, но лишен экзонного CTCF-связывающего сайта. Напротив, промотор Pcdhac2 не содержи т мотива CSE и соединяется с cohesin, но не с CTCF. Сходным образом энхансер HS7 лишен CTCF-связывающего сайта и соединяется только с cohesin. Метод Chromosome conformation capture (3C) показал, что и HS5-1 и HS7 энхансеры непосредственно взаимодействуют с активными промоторами посредством образования длинных петель ДНК, при этом первый (опосредуемый c помощью HS5-1) зависит от CTCF и cohesin, а последний (опосредуемый HS7) не зависит от CTCF, но зависит от cohesin (Guo et al., 2012).

На основании этих наблюдений было предположено, что CTCF и/или cohesin обеспечивают взаимодействия посредством образования петли ДНК (DNA-looping) в активном транскрипционной ступице ('transcriptional hub'), в которой несколько Pcdha промоторов одновременно взаимодействуют с обоими энхансерами (Guo et al., 2012). Такое расположение предлагает возможный механизм для стохастической, моноаллельной экспрессии альтернативных изоформ Pcdh, а также с конституитивной биаллельной экспрессией C-type изоформ в одной и той же клетке. Предполагаемые энхансерные элементы со сходными характеристиками (HS5-1aL, HS5-1bL и HS7L) были идентифицированы в сходном местоположении в Pcdhg кластере (Guo et al., 2012). Кроме того, энхансерный элемент (HS16-20) был идентифицирован ниже Pcdhg кластера (Yokota et al., 2011), который, по-видимому,действует на кластер Pcdhb и также соединяется с комплексом CTCF/cohesin (Monahan et al., 2012). Эти наблюдения подтверждают, что сходные механизмы, скорее всего, участвуют в экспрессии всех трех кластеров генов Pcdh. Зависимость от, а также специфичность, связывания CTCF и cohesin в регуляции экспрессии генов Pcdh была обнаружена c помощью экспериментов по нокдауну Ctcf и cohesin в клетках нейробластомы (Golan-Mashiach et al., 2012; Guo et al., 2012; Monahan et al., 2012), а также c помощью кондиционного нокдауна субъединиц Ctcf и cohesin у мышей (Kawauchi et al., 2009; Hirayama et al., 2012; Remeseiro et al., 2012).

Homophilic interactions and intracellular signaling

Все три класса собранных в кластеры белков Pcdh выявлены как в телах, так дендритах и аксонах и наблюдаются в синапсах и ростовых конусах (Kohmura et al., 1998; Wang et al., 2002b; Kallenbach et al., 2003; Phillips et al., 2003; Junghans et al., 2008). Присутствие Pcdh белков в синапсах ведет к предположению, что эти белки клеточной поверхности могут предоставлять синаптический адгезивный код для спецификации нейрональных соединений (Shapiro and Colman, 1999; Takeichi, 2007). Однако прямые доказательства отсутствуют. Классические cadherins обеспечивают межклеточную слипчивость посредством транс-гомодимеризации между их внеклеточными доменами, отходящими от противостоящих мембран и они собираются в межклеточные слипчивые соединения путем образования цис-кластеров (Brasch et al., 2012). Подобно классическим cadherins, члены семейства Pcdh ,как было установлено, также обеспечивают межклеточную адгезию (Obata et al., 1995; Frank et al., 2005; Reiss et al., 2006), а множественные Pcdhg белки,как было установлено, участвуют в гомофильных транс-взаимодействиях (Fernandez-Monreal et al., 2009; Schreiner and Weiner, 2010). В отличие от классических cadherins, однако специфичность связывания Pcdhs не предопределяется c помощью EC1 домена, а вместо этого обеспечивается c помощью EC2 и EC3 доменов (Schreiner and Weiner, 2010), которые сильно отличаются между разными изоформами Pcdh (Wu, 2005). Было предположено, что цис-тетрамеры скорее, чем мономеры (как в случае классических cadherins или Dscams), представляют собой единицу гомофильных транс-взаимодействий Pcdh (Schreiner and Weiner, 2010). Поскольку Pcdha и Pcdhg белки (и скорее всего Pcdhb белки) формируют мультимерные комплексы в цис-положении (Murata et al., 2004; Bonn et al., 2007; Han et al., 2010; Schalm et al., 2010), то мультимеризация стохастически экспрессируемых изоформ Pcdh всех трех классов в одиночном нейроне буде продуцировать большое количество разных единиц гомофильного взаимодействия, чрезвычайно увеличивая разнообразие клеточной поверхности, предоставляемое лишь стохастической экспрессией генов. Чрезвычайное разнообразие и специфичность, обеспечиваемые гомофильными транс-взаимодействиями между цис-мультимерами Pcdh могут составлять молекулярную основу для контакт-зависимого самоизбегание нейритов, как это наблюдается для системы Dscam1 у мух (Hattori et al., 2008).

Помимо обеспечения межклеточной адгезии (или контакт-зависимого отталкивания нейритов) посредством гомофильных взаимодействий, собранные в пучки белки Pcdh также обеспечивают передачу внутриклеточных сигналов. Все три класса собранных в пучки белков Pcdh обладают отличающимися цитоплазматическими регионами, которые не содержат распознаваемых мотивов и лишены катенин-связывающих доменов, которые обнаруживаются у классических cadherins. Хотя внутриклеточные домены кодируются с помощью константных экзонов Pcdha и Pcdhg, кластеры отличаются достоверно др. от др., они они сильно законсервированы в эволюции позвоночных, подтверждая консервативность клеточной функции. Pcdha и Pcdhg белки связывают рецепторную тирозин киназу Ret, которая необходима для стабилизации и фосфорилирования их внутриклеточных доменов (Schalm et al., 2010). Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF), лиганд рецепторов Ret, вызывает фосфорилирование Pcdhs в культивируемых двигательных нейронах и симпатических нейронах. Pcdhs в свою очередь необходимы для стабилизации активированного Ret, указывая тем самым, что Pcdhs и Ret являются функциональными компонентами зависимого от фосфорилирования сигнального комплекса (Schalm et al., 2010). Внутриклеточные домены Pcdha и Pcdhg также взаимодействуют в киназами клеточной адгезии proline-rich tyrosin kinase 2 (Pyk2) и focal adhesion kinase (Fak), приводя к ингибированию киназной активности (Chen et al., 2009). Эти взаимодействия участвуют в дефектах клеточной жизнеспособности и формирования паттерна дендритов, наблюдаемых в Pcdha- или Pcdhg-дефицитных нейронах (Chen et al., 2009; Garrett et al., 2012; Suo et al., 2012). Было описано большое количество др. потенциальных взаимодействующих белков, включая фосфатазы, киназы, адгезивные молекулы и синаптические белки (Han et al., 2010; Schalm et al., 2010), подтверждая, что собранные в кластеры Pcdhs могут формировать крупные гетеромерные комплексы с широкими функциями, пока не установленными.

Роль собранных в кластеры Pcdhs в передаче внутриклеточных сигналов подтверждается находками, что они преобразуются протеолитически с помощью комплекса γ-secretase, который высвобождает растворимые внутриклеточные фрагменты в цитоплазму (Haas et al., 2005; Hambsch et al., 2005; Reiss et al., 2006; Bonn et al., 2007; Buchanan et al., 2010). Этот процесс, который нуждается в эндоцитозе, онтогенетически регулируется, а уменьшение продуктов расщепления, наблюдается после дифференцировки нейронов (Buchanan et al., 2010). Высвобождаемые внутриклеточные фрагменты могут действовать локально в цитоплазме и/или проникать в ядро и регулировать экспрессию генов, как и в случает др. белков клеточной поверхности, таких как Notch и N-cadherin (Rajagopal et al., 2012).

Roles in the nervous system

Генетические манипуляции с кластерами Pcdha и Pcdhg у мышей выявлены множественные роли для собранных в кластеры Pcdhs в нейральном развитии. Первая роль, идентифицированная для членов семейства Pcdhg в жизнеспособности нейронов, как это было продемонстрировано массивным апоптозом и возможной потерей спинальных промежуточных нейронов и клеток сетчатки у Pcdhg-дефицитных мышей (Wang et al., 2002b; Weiner et al., 2005; Lefebvre et al., 2008; Prasad et al., 2008). Как в спинном мозге, так и сетчатке потеря нейронов сопровождается снижением числа синапсов, это открывает возможность, что потеря Pcdhg белков может приводить к потере синапсов, это в свою очередь приводило к нарушению жизнеспособности нейронов. Эта возможность подтверждается наблюдением, что плотность синапсов в Pcdhg мутантном спинном мозге остается сниженной на BCL2-associated X protein-null (Bax-/-) фоне, где апоптоз нейронов генетически блокирован (Weiner et al., 2005). Интересно, что почти полное восстановление потери синапсов наблюдается в сетчатке в отсутствие апоптоза нейронов (Lefebvre et al., 2008), подтверждая, что альтернативные механизмы могут объяснить наблюдаемую клеточную гибель у Pcdhg-дефицитных мышей.

Эта дилемма была разрешена в недавнем исследовании, в котором три C-type гена (Pcdhgc3, Pcdhgc4 и Pcdhgc5) были избирательно делетированы в кластере Pcdhg мышей, это делало альтернативные изоформы интактными (Chen et al., 2012). Возникающий в результате тройной C-type изоформ нокаут у мышей был фенотипически неотличим от мышей с полной делецией кластера Pcdhg , в обоих случаях нокауты погибали вскоре после рождения и имели сходные уровни и паттерны потери нейрональных клеток и синаптические нарушения в спинном мозге и сетчатке. Удивительно, генетическое блокирование апоптоза устраняет неонатальную летальность C-type нокаутов, но не в случае делеции полного кластера Pcdhg у мышей. Более того, тяжелые дефекты, наблюдаемые в отношении специфических типов синапсов двигательных нейронов (Prasad and Weiner, 2011; Chen et al., 2012) также устранялись у обоих типов мутантов, указывая, что эти дефекты не являются причиной, результатом клеточной гибели нейрональных клеток, хотя дополнительные синаптические дефекты могут возникать независимо (Weiner et al., 2005; Garrett and Weiner, 2009). Эти наблюдения подтверждают роль кластера Pcdhg в жизнеспособности нейронов, если и не целиком, то в одной или большем количестве C-type изоформ, которые филогенетически дивергентны среди Pcdhs, и обладают отличающимися паттернами экспрессии от альтернативных изоформ. Однако, как и в случае делеции всего кластера мутанты всё ещё погибают после рождения в отсутствие апоптоза, белки Pcdhg д. обладать дополнительной независимой ролью, важной для постнатального развития, скорее всего, в сборке нейрональных рефлекторных дуг (circuit) .

Такая роль была установлена при детальном генетическом исследовании, где Pcdhg белки, как было установлено, обеспечивают взаимное отталкивание нейритов (self-avoidance) в starburst amacrine cells (SACs) сетчатки, а также в клетках Пуркинье мозжечка(Lefebvre et al., 2012). Self-avoidance является фундаментальным принципом сборки нейрональных circuit, при этом сестринские аксоны и дендриты одного и того же нейрона распознают и отталкивают др. др., позволяя многим нейронам оказаться в одном и том же рецептивном или проекционном поле (Kramer and Kuwada, 1983). В противоположность радиально симметричному паттерну дикого типа SACs, дендриты Pcdhg-дефицитных SACs многократно пересекают др. др. и формируют пучки, напоминающие таковые, наблюдаемые у Dscam1-дефицитных dendritic arborization (da) нейронов у мух (Hattori et al., 2007; Matthews et al., 2007). Этот дендритный фенотип self-avoidance является клеточно автономным и не зависит от апоптоза нейронов. Кроме того, морфология дендритов нормальная в SACs, лишенных малых субнаборов Pcdhg генов, указывая, что полный спект изоформ Pcdhg не обязателен. Удивительно, но экспрессия одиночной, произвольно избранной изоформы Pcdhg в Pcdhg-дефицитных SACs восстанавливает фенотип self-avoidance и способствует отталкиванию между нейритами от соседних нейронов, экспрессирующих ту же самую изоформу (Lefebvre et al., 2012). Эти наблюдения согласуются с таковыми с делецией субнабора Dscam1 и с мутантами одиночной изоформы (Hattori et al., 2007; Matthews et al., 2007; Hattori et al., 2009), строго подтверждая, что собранные в кластеры белки Pcdh действуют одинаково в изоформах Dscam1 беспозвоночных, и в регуляции self-avoidance нейритов у позвоночных.

Помимо участия в self-avoidance нейритов, Pcdhg белки также необходимы для формирования паттерна дендритов, как показывает кондиционный нокаут Pcdhg у мышей, которые обнаруживают дефекты в ветвлении дендритов и древовидных образований в кортикальных нейронах (Garrett et al., 2012). Pcdhg белки, как полагают, функционируют в этом процессе путем ингибирования ассоциированной киназы клеточной адгезии Fak, которая подавляет активность пути protein kinase C/phospholipase C/myristoylated alanine-rich C-kinase substrate (PKC/PLC/MARCKS), который в свою очередь способствует образованию древовидного ветвления дендритов. Хотя дефекты синапсов наблюдаются у мутантов Pcdhg (Wang et al., 2002b; Weiner et al., 2005; Garrett and Weiner, 2009), остается нерешенным вопрос, играют ли Pcdhg белки непосредственную роль в синаптических взаимодействиях. Доказательства в пользу этой идеи предоставлены наблюдением, что Pcdhgc5 специфически взаимодействует с γ-amino-butyric acid A (GABAA) рецептором, который необходим для стабилизации и поддержания GABAergic синапсов в культивируемых нейронах гиппокампа (Li et al., 2012).

В противоположность Pcdhg-дефицитным мышам, которые погибают после рождения, Pcdha нокауты и строгие гипоморфы жизнеспособны и плодовиты с отсутствием видимых дефектов (Hasegawa et al., 2008; Katori et al., 2009; Suo et al., 2012). Однако, аномальные проекции аксонов обонятельных сенсорных нейронов и serotonergic нейронов наблюдались у мутантов Pcdha, лишенных константного региона (Hasegawa et al., 2008; Katori et al., 2009). Интересно, что одиночная постоянно экспрессируемая изоформа Pcdha (Pcdha1, возникшая в результате делеции Pcdha2 в Pcdhac2 кластере), как было установлено, достаточна для устранения дефектов объединения аксонов обонятельных сенсорных нейронов (Hasegawa et al., 2012), открывается возможность, что внутриклеточная функция Pcdha скорее, чем различия изоформ, необходимы для этого процесса. Как и в случае мутантов Pcdhg нокауты Pcdhaтакже обнаруживают дефекты в ветвлении дендритов, а также в морфогенезе дендритных шипов. Было предположено, что Pcdha белки регулируют развитие дендритов и шипов путем ингибирования киназной активности ассоциированных с клеточной адгезией киназ Fak/Pyk2, это в свою очередь активирует малые GTPases, такие как Ras homolog gene family member A (RhoA) и Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1 (Rac1), приводя к реорганизации цитоскелета (Suo et al., 2012).

Функциональные исследования на мышах, лишенных кластера генов Pcdhb, не были описаны. Из-за присутствия трех кластеров генов Pcdh, кодирующих 58 изоформ, которые экспрессируются широко в перекрывающихся регионах головного мозга, тих роль в специфичных клеточных контекстах не может быть выявлена путем нокаута одиночного кластера из-за функциональной компенсации со стороны членов двух др. кластеров. Это может объяснить тот факт, что определенные фенотипы (напр. апоптоз нейронов или self-avoidance дендритов) наблюдаются только в специфических типах клеток мышей, лишенных одного из кластеров генов Pcdh (напр. у нокаутов Pcdhg).

Conclusions and perspectives

Since the discovery of the Pcdh gene clusters over a decade ago, significant progress has been made in understanding how the clustered Pcdhs generate single cell diversity in the nervous system, and how this diversity may function in neural circuit assembly. Nevertheless, our knowledge of gene regulation, cellular function and the in vivo roles of the clustered Pcdh proteins is far from complete, and many fundamental issues remain to be resolved. For example, the stochastic/monoallelic and constitutive/biallelic transcription model, based on single cell RT-PCR study of one cell type (the Purkinje neuron) at one developmental stage (P21), must be tested in other types of neurons and at different developmental stages to determine whether this is a general mechanism. In addition, there is much to be learned regarding the diversity and complexity of trans- and cis-interactions of Pcdh multimers at the cell surface, the structure of the interacting complexes, and their physical and functional association with signaling pathway components. We have very limited knowledge regarding the mechanism(s) by which the Pcdhs are cleaved at the cell surface, as well as the function of the released protein fragments. How C-type Pcdhg isoforms are involved in neuronal apoptosis, and whether C-type Pcdha isoforms also have distinct functions are yet to be addressed. Finally, although Pcdhg proteins are required for neurite self-avoidance, the issue remains of whether this is a general role for clustered Pcdhs in a broad array of neuronal cell types, and whether the clustered Pcdhs are the true functional counterparts of the fly Dscam1 proteins. The highly conserved genomic structure of clustered Pcdh proteins, the complex mechanisms that govern their single cell expression and the nature of their homophilic interactions strongly suggest that isoform diversity is central to understanding their functions. However, the functional significance of the remarkable single cell diversity generated by clustered Pcdh proteins remains to be fully understood. With the rapid progress witnessed in recent years, we are hopeful that future studies of these fascinating gene clusters will provide answers to these questions, as well as novel insights into mechanisms of neural circuit assembly and cell-cell interactions in the vertebrate brain.

Clustered protocadherins Weisheng V. Chen and Tom Maniatis Development 2013 V.140, 3297-3302.

Clustered protocadherins
Weisheng V. Chen and Tom Maniatis
Development 2013 V.140, 3297-3302.