Посещений:
ЯДЕРНАЯ ЛАМИНА

Онтогенетическая Роль компонентов

Pushing the Envelope: Developmental Regulation by the Nuclear Lamina
Julie C. Kiefer
DEVELOPMENTAL DYNAMICS V.237,P.1526-1533 2008

A surprising realization in recent years was that proteins of the nuclear lamina directly regulate gene expression and cell differentiation. Presented here are examples that highlight the diverse roles these proteins can inhabit. Accompanyin g the primer is a discussion of current topics in the field with nuclear lamina experts Colin Stewart, Ph.D., and Yosef Gruenbaum, Ph.D




 |  Рисунки к статье
Human laminopathies: nuclei gone genetically awry




WHAT IS THE NUCLEAR LAMINA?


Образование ламиновых полимеров

Ядерная ламина (lamins и lamin связывающие белки) интимно ассоциированы с ядерной оболочкой (Fig. 1). Ядерная оболочка состоит из outer and inner nuclear membranes (ONM, INM), которые разделены перинуклеарным пространством. ONM является непрерывной с endoplasmic reticulum (ER), связывая перинуклеарное пространство с просветом ER lumen. Nuclear pore complexes (NPCs) занимают поры в ядерной оболочке и действуют как привратники для ядра, избирательно регулируя прохождение белков. Ядерная ламина в основном состоит из сети A- и B-типа lamin полимеров, которые выстилают ядерную сторону INM, а lamin связывающие белки в основном внедрены в INM. Lamins присутствуют также в нуклеоплазма, где они формируют стабильные структуры. Белки ядерной ламины выполняют множественные клеточные функции, некоторые из которых стали известны лишь недавно (Gruenbaum et al., 2005; Burke and Stewart, 2006; Capell and Collins. 2006; Tzur et al., 2006; Akhtar and Gasser, 2007; Stewart et al., 2007).

WHAT DO THESE PROTEINS DO?


Белки ядерной ламины участвуют в разнообразных функциях, включая механическую стабильность ядра, регуляцию клеточного цикла, репликацию ДНК, Pol II транскрипцию РНК, апоптоз и старение. Наиболее изученной из этих ролей является их роль в организации хроматина, сцеплении цитоскелета с ядром и клеточная дифференцировка.

Chromatin Organization


Lamin связывающие белки влияют на глобальную генную экспрессию путем регуляции эпигенетики и организации хроматина. Напр., LBR (Lamin B Receptor) связывает хроматин и может участвовать в прикреплении его к периферии ядра, это облегчает образование неактивного гетерохроматина. Организация и прикрепление обеспечиваются и многими др. INM белками, которые соединяются с хроматином, и A- и B-типа ламинами, которые связывают стержневые гистоны. Более того, мыши, нулевые по lamin A, обнаруживают пониженные уровни репрессивных гистоновых меток, histone 3 at lysine 9, подтверждая идею, что гены ядерной ламины регулируют также эпигенетику. Эти роли для ядерной ламины могут быть спутаны с механизмами генной регуляции, упомянутыми выше.

Linking the Nucleus to Cytoskeleton


Локализованные на INM SUN (Sadl/UNC-84 homology) доменовые белки, Sun-1/2, связывают ONM белки nesprin-1/2 посредством своего KASH домена. ONM Nesprins/Synes связывают компоненты цитоскелета, актин и микротрубочки, эффективно соединяя цитоскелет с ядром. Эти взаимодействия необходимы для позиционирования ядра,



Fig. 1. Nuclear envelope components, emerin, Manl, and SUN domain proteins are three examples of INM proteins. A- and B-type lamins line the INM and form Internal nucleoplasms structures (latter not depicted). Sun-1/2 bind Nesprin&'Synes, which anchor at the ONM and contact cytoskeietal components including actin. BAF can bind A-type lamins and LEM domain proteins, such as emerin. ER, endoplasmic reticulum; INM, inner nuclear membrane; NPC. nuclear pore complex; ONM. outer nuclear membrane.

миграции ядра и прикрепления центросом. Интересна гипотеза, что SUN/KASH система может переносить цитоскелетную информацию, такую как характеристики механических стрессов, в ядро, где могут быть активированы соответ. клеточные реакции.

Cellular Differentiation


Некоторые белки ядерной ламины могут непосредственно опосредовать экспрессию, регулируя перенос сигналов и репрессируя транскрипцию генов, иногда действуя как ко-репрессоры (Table 1). Важно, что действия этих генов могут влиять на клеточную дифференцировку и онтогенетические события.



WHY SHOULD I CARE?


Мутации ламин-связывающих белков и в гене, кодирующем lamin A (LMNA), вызывают генетические болезни, классифицируемые как laminopathies (Tables 2, 3). Патологии при этих болезнях послужили первым указанием на то, что эти гены могут действовать в определенное время и/или затрагивать специфические типы тканей. Тканеспецифические функции могут осуществляться посредством взаимодействий с различными белками нуклеоплазмы и INM.





GIVE ME AN EXAMPLE OF HOW A NUCLEAR LAMINA PROTEIN REGULATES DEVELOPMENT


Man1 является белком INM, который содержит ~40aa LEM (LAP2, Emerin, and Man1) домен, законсервированный мотив, обнаруживаемый у некоторых белков INM и нуклеоплазмы. Man1 связывает A- и B-типа lamins in vitro,и необходим ламинам для локализации на INM.
Xenopus XMAN1 действует как нейральный индуктор за счет ингибирования судьбы вентральной мезодермы, индуцируемой с помощью transforming growth factor-beta (TGFβ) сверхсемейства лигандов и bone morphogenetic protein-4 (BMP-4; Osada et al., 2003; Raju et al., 2003). На молекулярном уровне Man1 соединяется и ингибирует фосфорилирование и накопление в ядре эффекторов нижестоящего TGFβ пути, R-Smads (Smad-1, 2, 3 являются нижестоящими по отношению к TGFβ/activin; Smads 5, 8 являются нижестоящими относительно BMPs), тем самым предупреждая активацию генов мишеней. Эти результаты указывают на то, что ядерная оболочка может служить платформой, с которой регулируются сигнальные пути.
Позднее было открыто, что трансгенные мыши, лишенные Smad-связывающей области в Man1, обнаруживают нарушения ремоделирования сосудов у эмбрионов и в желточном мешке (Ishimura et al., 2006; Cohen et al., 2007). Man1 недостаточность усиливает экспрессию компонентов extracellular matrix (ECM), которые являются транскрипционными мишенями передачи сигналов TGFβ. Это событие, как полагают, ведет к усилению отложения ECM, это ингибирует пролиферацию и миграцию эндотелиальных клеток, необходимых для ремоделирования сосудов. В противоположность находкам у Xenopus, ранняя спецификация нейрулы у таких мышей, по-видимому, нормальна. Эти находки подтверждают, что существуют видо-специфические роли у Man1.
Интересно, что мыши, которые обладают lamin A H222P missense мутацией, найденной и в семьях с EDMD-2, обнаруживают повышенное внутриядерное накопление фосфорилированных Smad 2/3 в дегенерирующих сердечной и скелетных мышцах (Arimura et al., 2005). Неизвестно, затрагивают ли эти специфические мутации функцию MAN1.

THAT WAS A GOOD STORY-TELL ME ANOTHER


BAF первоначально был идентифицирован как клеточный белок, который предупреждает аутоинтеграцию вирусной ДНК в геном хозяина. Новый белок, который высоко консервативен у многоклеточных. играет также роль в организации хроматина и сборке ядра. В соответствии с этими функциями было показано, что он взаимодействует с хроматином. гистонами, dsDNA, LEM доменовыми белками и A-типа lamin, хотя и с довольно низким сродством. Дополнительная функция, которая была выявлена недавно, заключается в том, что BAF может непосредственно регулировать экспрессию онтогенетических генов. Две находки это подтверждают.
Во-первых, BAF был идентифицирован как партнер по связыванию для Crx (Cone-rod homeobox) у дрожжей при двугибридном скрининге и репрессирует Crx-обусловленную трансактивацию глазного фоторецепторного гена, rhodopsin (Wang et al., 2002). Будучи тестирован in vitro, BAF1 также иммунопреципитировался с гомеобоксными белками, участвующими в развитии глаз: Chx10, Otx1/2 и Pax-6. Пока ещё неизвестно, играет ли BAF генеральную роль в развитии глаз.
Во-вторых, у Caenorhabditis elegans мутация потери функции BAF-1, only zygotic BAF-1 is deleted, приводит к дефектам во многих тканях many tissue-specific defects (Margalit et al, 2007). Эти черви обнаруживают аномалии развития вульвы, миграции distal tip cell (DTC) во время формирования гонад и в созревании и выживании зародышевой линии. Эти находки указывают на то, что BAF-1 регулирует экспрессию генов, участвующих в этих постэмбриональных онтогенетических процессах.
Это предположение вытекает из находок, что BAF-1-дефицитные черви обладают также преждевременным слиянием seam клеток. Seam клетки являются специализированными эпителиальными клетками, которые формируют синцитий вдоль лефой и працой срединной линии гиподермы или "кожи." In vitro, BAF-1 соединяется и репрессирует активацию генов, которые регулируют слияние seam клеток, aff-1 и eff-1, скорее всего в соответствии с наблюдаемыми дефектами seam клеток.
Др. интригующий дефект у червей проявляется в и изнашивании мышц тела и хвоста. Этот фенотип напоминает тот, что наблюдается у пациентов с E-DMDs, мышечными дистрофиями, вызываемыми мутациями в BAF связывающих партнерах, A-type lamin и emerin (Tables 2, 3). Остается определить, может ли неправильная регуляция генов, стоящих ниже BAF, участвовать в этиологии EDMDs.

WHAT DO THE EXPERTS HAVE TO SAY?


...
Сайт создан в системе uCoz