The morphogen Sonic hedgehog is an axonal chemoattractant that collaborates with Netrin-1 in midline axon guidance.
Charron, F. et al. Cell 2003 March 18 |
Сигнальная молекула Sonic hedgehog (), как оказалось, помимо своей классической в качестве морфогена, м. действовать и как сигнал наведения аксонов.
14-3-3 proteins regulate a cell-intrinsic switch from Sonic hedgehog-mediated commissural axon attraction to repulsion after midline crossing
P. T. Yam, C. B. Kent, S. Morin, W. T. Farmer, R. Alchini, L. Lepelletier, D. R. Colman, M. Tessier-Lavigne, A. E. Fournier, F. Charron Neuron 76, 735–749 (2012).
В развивающейся нервной системе множественные сигналы обеспечивают привлечение и отталкивание аксонов, чтобы привести их к месту предназначения, где они образуют синаптические соединения. Sonic hedgehog (Shh) функционирует в качестве морфогена и в качестве наводящего сигнала в развивающейся нервной системе. В развивающемся спинном мозге Shh, продуцируемый с помощью нижней части нервной трубки (floorplate), первоначально непосредственно привлекает комиссуральные аксоны к срединной линии, а после пересечения ими срединной линии косвенно делает их чувствительными к отталкивающим сигналам, обеспечиваемыми с помощью др. лигандов наведения, которые предупреждают аксоны от повторного пересечения срединной линии. Эти аксоны затем поворачивают и мигрируют кпереди. Используя препараты спинного мозга, наз. open-book формат, было установлено, что генетическое нарушение передачи сигналов Shh в комиссуральных нейронах вызывает случайные перемещения аксонов как кпереди, так и кзади после пересечения срединной линии, также как и увеличивает частоту аксонов, которые нецелесообразно повторно пересекают донную пластинку (floorplate). Как и в развивающемся головном мозге эмбрионов кур в головном мозге грызунов Shh присутствует в виде градиента, вдоль передне-задней оси с наивысшей концентрацией на заднем конце. Комиссуральные нейроны крыс, культивируемые in vitro первоначально привлекаются к Shh, затем спустя 3 дня отталкиваются in vitro (DIV). Активность протеин киназы A (PKA) и её ингибирование с помощью 14-3-3 белков участвуют в отталкивании аксонов. Более старые культивируемые комиссуральные нейроны (3 DIV) и аксоны, пересекшие срединную линию, обнаруживают увеличенную концентрацию 14-3-3 изоформ Я и и пониженную активность PKA. В 3 DIV культурах ингибирование функции 14-3-3 с помощью нокдауна или блокирования функции пептида или стимуляции активности PKA превращают Shh-обусловленное отталкивание в привлечение, а ингибирование активности PKA в 2 DIV культурах переключает их реакцию на отталкивание. Нарушение активности 14-3-3 в препаратах формата открытой книги спинного мозга крыс или кур снижает частоту поворотов аксонов кпереди, когда они пересекают срединную линию. В 2 DIV культурах избыточная экспрессия 14-3-3Я предупреждает Shh-обеспечиваемое привлечение, тогда как избыточная экспрессия 14-3-3 превращает реакцию в Shh-обеспечиваемое отталкивание. У развивающихся эмбрионов кур избыточная экспрессия любой 14-3-3 изоформы приводит к преждевременному повороту аксонов ещё до достижения floorplate (источнику Shh), это согласуется с преждевременным переключением на Shh-обусловленное отталкивание. Т.о., изменения в концентрации 14-3-3 белка, ингибирующего активность PKA, как полагают, лежит в основе переключения с Shh-обеспечиваемого привлечения на Shh-обусловленное отталкивание в комиссуральных аксонах.
У эмбрионов позвоночных группа нейронов, которая происхдит из дорсальной части спинного мозга посылает аксональные проекции в срединной вентральной линии (или в донную пластинку), где они переходят на др. сторону, чтобы организовать комиссуральные тракты. был идентифицирован, как существенный хемоаттрактант, который ведет эти аксоны в направлении вентральной срединной линии.
Shh экспрессируется в донной пластинке нервной трубки позвоночных и м. действовать на значительном расстоянии от своего источника. Charron et al. покзали, что Shh, подобно Netrin-1, м. реориентировать комиссуральные аксоны in vitro. Они также установили, что ростовые конусы спинальных аксонов лягушки меняют свой ход и начинают расти в сторону источника Shh, это согласуется с идеей, что Shh действует непосредственно как хемоаттрактант.
При блокировании функции Shh-рецепторов Smoothened (), с помощью специфического ингибитора cyclopamine, авт. установили, что, по крайней мере in vitro, cyclopamine предупреждает рост комиссуральных аксонов в направлении источника Shh, но не влияет на их реакцию на Netrin-1. Они избирательно нарушали функцию Smo в комиссуральных аксонах. В соответствии с действием в качестве хемоаттрактанта к срединной линии Shh, это приводило к дефектам ведения комиссуральных аксонов. Важно также, что комиссуральные нейроны обнаруживали клеточно-автономную потребность в сигналах Shh.
Итак, Charron et al. представили доказательства, что Shh, действующий посредством Smo, функционирует как аксон-наводящий сигнал в донной пластинке разивающегося спинного мозга. В отличие от Netrin-1, он не м. вызывать избыточного роста аксонов, но он, по-видимому, существенный компонент молекулярного механизма, который обеспечивает привлечение аксонов к вентральной срединной линии.
