Как билатерально симметричное животное человек нуждается в интеграции информации, преобразованной от левой и правой сторон посредством своей ЦНС, чтобы осуществлять нормальные когнтивные, поведенческие и моторные функции. Эта интеграция осуществляется посредством образования нервных трактов, которые пересекают и соединяют одну сторону нервной системы с др. Чтобы построить такие circuits, нейроны посылают аксоны, которые направляются в направлении срединной линии и затем к своим финальным мишеням с помощью молекул наведения, присутствующих в их локальном окружении. Ростовые кончики, присутствующие на верхушках растущих аксонов, служат, чтобы исследовать внутриклеточную среду на предмет молекул наведения. Однажды воспринятые ростовым конусом молекулы наведения запускают сигнальные события, которые приводят в результате к быстрой реорганизации цитоскелета и или к привлечению или отталкиванию аксона в направлении мишени.
Нашему пониманию ведения аксонов через срединную линию способствовал ряд пионерских исследований у позвоночных и беспозвоночных (таких как
Caenorhabditis elegans и Drosophila melanogaster). В обзоре в этом отношении будут рассмотрены развивающийся спинной мозг, corticospinal tract (CST) и corpus callosum. Мы опишем основные молекулярные механизмы, участвующие в ведении аксонов через срединную линию. Принимая во внимание огромное количество молекул, участвующих в регуляции ведения аксонов через срединную линию, мы рассмотрим, прежде всего, молекулы и сигнальные пути, мутации которых идентифицированы у человека [Netrin-1/deleted in colorectal cancer (Dcc) and Slit/roundabout homolog (Robo)]. Затем рассмотрим мутации, которые ассоциированы с дефектами ведения аксонов через срединную линию у человека.
Ведение комиссуральных аксонов и пересечение срединной линии в развивающемся спином мозге
Значительное количество того, что мы знаем о ведении аксонов у позвоночных получено в результате детальных исследований комиссуральных аксонов развивающегося спинного мозга, служит в качестве сигналов ведения аксонов и для CST и аксонов мозолистого тела. У эмбрионов мыши комиссуральные нейроны специфицируются в дорсальной области развивающегося спинного мозга на день эмбриогенеза (E) 9.5 (1) и распространяют аксоны в направлении вентральной срединной линии между E10.5 и E11.5. Как только комиссуральные аксоны пересекают срединную линию, они делают резкий поворот и продолжают свою траекторию вдоль продольного пути в направлении переднего полюса эмбриона (2). Донная пластинка (floorplate), структура, состоящая из нейроэпителиальных клеток, расположенных на вентральной срединной линии развивающегося спинного мозга, секретируют множественные внеклеточные сигналы наведения, которые функционируют или как хемоаттрактанты или как хеморепелленты (Fig. 1a).
Figure 1. Commissural axon guidance and midline crossing in the developing spinal cord. (a) Axons of differentiated commissural neurons are repelled from the dorsal midline by bone morphogenetic proteins expressed from roof plate cells and attracted to the ventral midline through a combined effect of Netrin-1 and Shh expressed by floorplate cells. Commissural axons express Dcc as well as Dscam to mediate Netrin-1-dependent guidance and Boc to mediate Shh-dependent guidance. (b) Midline crossing in the spinal cord is mediated by Slit/Robo signaling. While floorplate cells express Slit-1, Slit-2 and Slit-3, their receptors Robo1, Robo2 and Robo3 are expressed by commissural axons. Robo3.1 is expressed in pre-crossing axons and serves to attenuate Slit/Robo signaling to allow for crossing, Robo3.2 is expressed in post-crossing axons to prevent recrossing. (?) indicates repulsive cues, (+) indicates attractive cues.
Netrin белки были первыми идентифицированными хемоаттрактантами. Метод эксплантов спинного мозга крыс показал, что Netrin-1 воспроизводит хемоаттрактивную активность клеток донной пластинки (3). Последующий анализ экспрессии выявил, что мРНК Netrin-1 экспрессируется клетками донной пластинки и что белок Netrin-1 экспрессируется в виде дорсовентрального градированного паттерна в развивающемся спинном мозге позвоночных (4). Netrin белки, как известно, связывают три разных типа I трансмембранных белка: Dcc, neogenin и Down syndrome cell adhesion molecule (Dscam). В соответствии с ролью Netrin-1 в ведении комиссуральных аксонов, Netrin-1 рецептор Dcc экспрессируется в растущих комиссуральных аксонах и а антитела, блокирующие функцию Dcc, ингибируют in vitro Netrin-1-обесечиваемый поворот аксонов (5). Генетические исследования на мышах показали, что недостаточности Netrin-1 и Dcc вызывают дефекты наведения аксонов, которые приводят к уменьшению вентральных комиссур в развивающемся спинном мозге, а также в мозолистом теле и передней или hippocampal комиссуре эмбрионального переднего мозга (6, 7). Интересно, что исследования Rabe et al. показали, поскольку аксоны комиссуральных нейронов, происходящих из популяций клеток дорсальных предшественников, неспособны пересекать срединную линию у Netrin-1 мутантных мышей, то тогда как комиссуральные нейроны, происходящие из наиболее вентральных доменов, кажутся неповрежденными (8). Такая избирательная потеря дорсальными комиссуральными аксонами, которые в основном являются ингибирующими, приводит к переключению с перемежающейся моторной активности на синхронную ложную локомоторную активность у Netrin-1 мутантных новорожденных мышей (8). Недавние исследования показали, что подавление активности Dscam снижает способность комиссуральных аксонов пересекать срединную линию (9, 10).
Хотя передача сигналов Netrin-1/Dcc играет критическую роль в привлечении комиссуральных аксонов в направлении срединной линии, генетические исследования показали, что потеря функции Netrin-1 не устраняет полностью пересечения комиссуральными аксонами срдеинной линии, указывая тем самым, что и др. хемоаттрактивные сигналы секретируются клетками донной пластинки нервной трубки. Sonic Hedgehog (Shh), морфогенетический фактор, экспрессируемый на срединной линии, известен своей активностью по формированию паттерна нервов, как было установлено, действует и как хемоаттрактивный сигнал посредством biregional cell adhesion molecule-related/down-regulated by oncogenes (Cdon) binding protein (Boc) рецептора (11-13). Помимо Shh, др. морфогены, как было установлено, способствуют circumferential миграции комиссуральных аксонов в развивающемся спинном мозге: bone morphogenetic proteins, которые секретируются клетками верхней пластинки, расположенными по дорсальной срединной линии, функционируют как отталкивающие комиссуральные аксоны в направлении вентральной области (14-16).
Как только комиссуральные аксоны достигают вентральной области, они продолжают свою траекторию, пересекая срединную линию (Fig. 1b). Помимо секреции Netrin-1 и Shh, клетки донной пластинки позвоночных экспрессируют также три Slit белка, которые являются лигандами для Robo рецепторов, присутствующих в комиссуральных аксонах (17-19). Однако в отличие от Netrin-1 и Shh , которые действуют как хемоаттрактаны, Slits действуют как репелленты для комиссуральных аксонов. Три Slits гена (Slit-1, Slit-2 и Slit-3) были идентифицированы у позвоночных и три Robo гена (Robo1, Robo2 и Robo3) экспрессируются в нервной системе. Robo1 и Robo2 обнаруживают низкие уровни экспрессии в комиссуральных аксонах перед пересечением и высокие уровни в аксонах после пересечения. Напротив, высокий уровень экспрессии Robo3 обнаруживается в аксонах перед пересечением и низкие уровни в нейронах после пересечения (20, 21).
Поскольку в исследованиях in vitro первоначально было показано, что комиссуральные аксоны после пересечения отталкиваются с помощью Slit-2 (22), то только когда все три Slit гена инактивируются, дефекты по нахождению пути комиссуральными аксонами становятся очевидными в развивающемся спинном мозге (20), хотя дефекты corticofugal, thalamocortical и callosal трактов наблюдались у Slit-1;Slit-2 мутантных мышей (23, 24). В соответствии с ролью в качестве рецепторов Slit инактивация активности Robo1 также приводит к остановке комиссуральных аксонов на срединной линии (20). Инактивация гена Robo3 приводит к тому, что комиссуральные аксоны, которые неспособны достигать и пересекать срединную линию, ведут к полной потере вентральных комиссур в спинном мозге (21).
Помимо регуляции пересечения срединной линии спинальными комиссуральными аксонами Robo3, как было установлено, контролирует пересечение срединной линии предмозжечковыми (precerebellar) нейронами в заднем мозге (25). Предмозжечковые нейроны, которые включают inferior olivary (IO), pontine nucleus (PN), lateral reticular nucleus (LRN) и external cuneatus (ECN) нейроны, зарождаются первыми в ромбической губе (rhombic lip), расположенной в дорсальной части заднего мозга и затем мигрируют тангенциально в направлении донной пластинки в вентральной области. Достигнув срединной линии IO и PN нейроны посылают свои аксоны поперек и в направлении контралатеральной стороны мозжечка. Напротив LRN и ECN нейроны продолжают мигрировать поперек срединной линии и впоследствии распространяют аксоны на одной и той же стороне (ipsilaterally) в мозжечок. У Robo3-/- мышей, IO нейроны мигрируют к срединной линии, но неспособны выпускать аксоны поперек её и вместо этого проецируют их по той же стороне в мозжечок. Сходным образом, поскольку LRN и ECN всё ещё мигрируют в направлении донной пластинки у Robo3-/- мышей, клеточные тела неспособны пересекать её и также проецируют свои аксоны ипсилатерально в мозжечок.
Дальнейшие генетические и
in vitro функциональные исследования показали, что Robo3 действует, чтобы снизить чувствительность комиссуральных аксонов перед пересечением к активности репеллентов из Slits, экспрессируемых донной пластинкой, это позволяет им двигаться в направлении срединной линии (21, 25). В частности, альтернативный сплайсинг внутри 3' кодирующего региона Robo3 дает две изоформы Robo3 (Robo3.1 и Robo3.2), которые отличаются цитоплазматическими хвостами и функцией
in vivo(26). Тогда как Robo3.1 экспрессируется в pre-crossing порции комиссуральных аксонов и способствует пересечению срединной линии, Robo3.2 экспрессируется в post-crossing сегменте и препятствует повторному пересечении срединной линии, подобно Robo1 и Robo2 (26).
Axon guidance across the corpus callosum
У плацентарных животных мозолистое тело является основной комиссурой, соединяющей два полушария мозга, это делает возможной передачу и координацию информации между левой и правой стороной головного мозга. Во время развития мозолистого тела пирамидальные нейроны, возникающие в коре, сначала проецируют аксоны вентрально в направлении промежуточной зоны переднего мозга и затем латерально в направлении срединной линии, где они наталкиваются глиальный клин (glial wedge (GW)) и indusium griseum (IG), которые являются глиальными структурами, как известно, секретирующими молекулы ведения во время развития мозолистого тела (Fig. 2). Перейдя срединную линию аксоны совершают дорсальный поворот и мигрируют в направлении своих мишеней в контралатеральном полушарии (27).
Figure 2. Callosal neuron axon guidance and midline crossing in the corpus callosum. Callosal axons, which originate from layer V pyramidal neurons, are attracted toward the midline by Netrin-1 and Sema3C. Slit2, which is expressed by the indusium griseum (IG) and glial wedge (GW), functions to repel and funnel axons through the corpus callosum. Attraction toward the midline is mediated by Dcc and Neuropilin-1, while repulsion is mediated by Robo1 and Robo2 which are expressed by pyramidal neurons. (?) indicates repulsive cues, (+) indicates attractive cues.
Поскольку Netrin-1 и Dcc мутантные мыши лишены мозолистого тела, то аксоны мозолистого тела, экспрессирующие Dcc, Netrin-1, не экспрессируются с GW и IG , а скорее с кортикальных тканей срединной линии (6, 7, 28). Более того, не существует прямых доказательств, подтверждающих роль передачи сигналов Netrin-1/Dcc по привлечению аксонов мозолистого тела в направлении срединной линии. Недавние исследования, однако , показали прямую роль Semaphorin 3C (Sema3C) в привлечении аксонов мозолистого тела в направлении срединной линии. Поскольку отсутствуют GW и IG, то Sema3C экспрессируется глютаматэргическими нейронами, присутствующими в кортикальной срединной линии, а исследование эксплантов переднего мозга показало, что ткани кортикальной срединной линии могут эффективно привлекать аксоны мозолистого тела (29). In vitro исследования также показали, что аксоны мозолистого тела привлекаются в направлении эктопического источника Sema3C или трансплантированного в кортикальные срезы или ко-культивируемого с кортикальными эксплантами и этот эффект обеспечивался c помощью Sema3C рецептора Neuropilin-1 (29). Sema3C мутантные мыши обнаруживают частичный или тяжелый агенез мозолистого тела, что характеризовалось образованием Probst пучков по срединной линии (29).
Помимо Netrin и Semaphorins, белки Slits также участвуют в ведении аксонов мозолистого тела через срединную линию. Поскольку GW и IG экспрессируют Slit2, аксоны мозолистого тела экспрессируют Robo1 и Robo2(23, 30-32). Генетический анализ
Slit2 и Slit1;Slit2, также как
Robo1 и Robo1;Robo2 мутантных мышей выявил или тяжелую редукцию или полный агенез мозолистого тела с крупными пучками эктопических нервных волокон, напоминающих Probst пучки, накапливающиеся на каждой из сторон мозолистого тела (23, 31, 32).
In vitro эксперименты также показали, что Slit2 отталкивает выросты аксонов от кортикальных эксплантов, это прямо подтверждает роль функции Slit в развитии мозолистого тела (30). Более того, манипуляции с ориентацией GW в органотипических кортикальных срезах показали, что ориентация GW управляет проекциями аксонов мозолистого тела (30). Следовательно, т.к. экспрессия
Slit2 в вентральной срединной линии развивающегося спинного мозга служит для отталкивания комиссуральных аксонов от срединной линии, то экспрессия
Slit2 с GW и IG служит, чтобы отклонять аксоны мозолистого тела в направлении срединной линии между этими глиальными структурами, формирующими мозолистое тело.
CST axon guidance and pyramidal decussation
CST формирует первичный нервный тракт в ЦНС млекопитающих , необходимый для координации искусных перемещений. CST аксоны, которые возникают в слое V пирамидальных нейронов присутствуют в основном внутри моторной и соматической сенсорной областей, покидают кортикальную пластинку и первоначально нисходят ипсилатерально во внутреннюю капсулу и ножки мозга. После прохождения через средний мозг и вентральный, варолиев мост CST аксоны достигают medulla oblongata, где большинство пересекаются под прямым углом и продолжают свой путь в контралатеральном спинном мозге в направлении своих мишеней, обычно интернейронов и alpha-моторных нейронов (Fig. 3).
Figure 3. Corticospinal axon guidance and pyramidal decussation. (a) The trajectory of corticospinal tract (CST) axons from the cerebral cortex, through the internal capsule and cerebellar peduncle and medulla is illustrated. Netrin-1 and Slit-1, which are expressed in the ventricular zone of the ganglionic eminences, serve to guide CST axons in the cortex. Expression of Slit1 and Slit2 in the midline region prevents CST axons from crossing prior to pyramidal decussation. (Box set) CST axons navigate through the ventral medulla prior to taking a dorsal turn and crossing the midline at the junction of the medulla and spinal cord. Dcc and Unc5h3, which are expressed by CST axons are thought to interact with Netrin-1 expressed at the midline to regulate pyramidal decussation.
Принимая во внимание, что CST образуют самый длинный тракт в ЦНС, то аксоны CST безусловно сталкиваются с непрерывным рядом промежуточных мишеней, экспрессирующих сигналы наведения, которые удерживают их в тракте до нахождения ими своих мишеней. In vitro исследования показали, что corticofugal нейроны, которые включают corticothalamic и corticospinal нейроны, привлекаются c помощью Sema3C и отталкиваются Sema3A, вовлекая их обоих в пилотирование этих аксонов из субкортикальной пластинки в направлении промежуточной зоны (33). Оказавшись в промежуточной зоне corticofugal аксоны привлекаются c помощью Netrin-1, экспрессируемого вентрикулярной зоной ганглиолярного возвышения в subpalladium в направлении внутренней капсулы (34). Как только они проходят через внутреннюю капсулу, corticofugal нейроны, которые экспрессируют и Robo1 и Robo2, ограничиваются CST c помощью Slit1 и Slit2, которые экспрессируются в ganglionic eminences переднего мозга, а также вентральной частью базального телэнцефаона и срединной линией (23). В соответствии с этим паттерном экспрессии Slits и Robos вдоль CST тракта, Slit1;Slit2 и Robo1;Robo2 мутантные мыши обладают corticofugal пучками аксонов вентрально расположенными в базальном телэнцефалоне и лишь немногие из этих аксонов также аберрантно пересекают срединную линию, направляясь в контралатеральные CST (23, 32). Более того, потеря мозговых ножек в результате аномального пересечения срединной линии CST аксонами у Robo1;Robo2 мутантных мышей ещё больше подчеркивает их критическую роль в поддержании целостности CST тракта (32).
Хотя наше понимание молекулярных механизмов, участвующих в регуляции medullary пересечении всё ещё ограничено, передача сигналов Netrin-1 и Semaphorin всё-таки участвует в пересечении срединной линии CST (Fig. 3, box). Слой V пирамидальных нейронов экспрессирует Netrin-1 рецепторы Dcc и Unc5h3 во время пересечения пирамидальными аксонами срединной линии. Более того, экспрессия мРНК Netrin-1 обнаруживается в регионе medullar срединно1й линии по соседству с местом перекреста пирамидальных нейронов. Исследование
Unc5h3 мутантных мышей выявило дефекты CST там, где тракт образует вилку на два самостоятельных пучка волокон непосредственно перед перекрестом. Т.к. более латеральный тракт продолжает рост ипсилатерально в спинной мозг, медиальный пучок правильно перекрещивается, но неправильно направляется в серое вещество спинного мозга и проскакивают дорсальный пучок (funiculus) (35). Анализ спонтанных, гипоморфных Dcc мутантов, известных как
Dcckanga мыши, которые жизнеспособны в отличие от
Dcc-нулевых мышей, обнаруживают дефекты перекреста, сходные с теми, что обнаруживаются у
Unc5h3 мышей. Интересно, что поскольку CST у
Dcckanga мышей также расщепляется на два независимых тракта, оба неспособные пересекать срединную линии и вместо этого направляют свой рост в спинной мозг ипсилатерально. В соответствии с фенотипами, наблюдаемыми для Netrin-1 рецепторов,
Netrin-1 мутантные мыши также обнаруживают дефекты перекреста и аномальные дорсальные funiculus (35). Недавнее исследование также показало важную роль передачи сигналов Semaphorin/Plexin в перекресте CST (36, 37).
Plexin A3;Plexin A4, также как и
Sema6A мутантные мыши имеют бифуркацию CST и аномальные или отсутствующие дорсальные funiculus, фенотипы, напоминающие те, что наблюдаются у
Netrin, Dcckanga и Unc5h3 мышей. Итак, эти находки подтверждают, что Netrin-1, посредством Dcc and Unc5h3 и Sema6A, посредством Plexins A3 и Plexin A4, действуют в качестве ключевых регуляторов наведения аксонов CST.
Human genetic mutations in molecules involved in midline crossing
Исследование модельных организмов стало инструментом для понимания молекулярных механизмов, лежащих в осрове нахождения пути аксонами и пересечения ими срединной линии. Принимая во внимание, что молекулы ведения аксонов очень консервативны у разных видов, не является сюрпризом, что мутации в генах, кодирующих сигналы наведения, сцеплены с генетическими нарушениями у человека, ассоциированными с аномальным ведением аксонов. Хотя несколько сигнальных путей были найдены в качестве критических для обеспечения пересечения срединной линии в ЦНС позвоночных, только горстка мутаций приводила к дефектам пересечения срединной линии у человека. Большинство идентифицированных мутаций локализуется в генах
DCC и ROBO3 (Fig. 4) и соотв. ассоциируют с врожденными зеркальными движениями (mirror movements (MM)) и horizontal gaze palsy with progressive scoliosis (HGPPS).
Figure 4. Schematic illustration of the human deleted in colorectal cancer (DCC) and roundabout homolog 3 (ROBO3) proteins. Human mutations identified in DCC and ROBO3 that are associated with congenital mirror movements and horizontal gaze palsy with progressive scoliosis are illustrated. DCC is a 1447-amino acid type I transmembrane protein comprising four immunoglobulin-like (Ig-like) domains and six fibronectin-type III (FNIII) domains and three intracytoplasmic domains termed P1, P2 and P3 in its intracytoplasmic tail. ROBO3 is a 1384-amino acid type I transmembrane protein containing five Ig-like domains, three FNIII domains and three highly conserved cytoplasmic (CC) domains (0, 2 and 3).
Mutations in the DCC gene are associated with congenital MM
MM это непроизвольные движения, происходящие на одной стороне тела, которые зеркально отражают намеренные движения на др.стороне (38, 39). Напр., движения правой рукой левая рука будет одновременно воспроизводит идентичные движения. Поскольку MM могут случайно возникать у нормальных детей, они прогрессивно уменьшаются и редко появляются после 7 лет в отличие от индивидов, обладающих специфическими нарушениями ЦНС (38). Врожденные MM, преимущественно семейные, нарушения с аутосомно доминантным наследованием с неполной пенетрантностью; однако идентифицированы и спорадические случаи. У нормальных индивидов, transcranial magnetic stimulation (TMS) первичного моторного кортекса (M1) вызывает быстрые motor evoked potentials (MEPs) в контралатеральных мышцах. Напротив, у детей и взрослых субъектов с врожденными MM, TMS исследования показали, что стимуляция M1 вызывает быстрые MEPs как в контралатеральных, так и ипсилатеральных мышцах с синхронными латентными состояниями (39, 40). У детей с физиологическими MM, M1 TMS стимуляция вызывает ипсилатеральные реакции, которые не одновременны с контралатеральными реакциями и имеют более длинный латентный период, если сравнивать с индивидами с патологическими MM (38, 40, 41). Аномальный быстро проводящий ипсилатеральный кортикоспинальный путь указывает на частичную неспособность пирамидального перекреста и дефект формирования ипсилатерального CST (38, 39, 41).
Недавно мутации в гене DCC были идентифицированы в трех семьях канадских французов, иранцев и итальянцев с несколькими затронутыми членами (42, 43). Секвенирование гена DCC выявило три разные мутации, которые сегрегируют с рисковым гаплотипом и не присутствуют у контрольных пациентов (42, 43). В семье французов из Канады, идентифицирована мутация с дефектным сплайсингом и приводит к мутации сдвига рамки считывания в аминокислоте 329 и преждевременному стоп кодону на 15 аминокислот ниже (pV329GfsX15) (Fig. 4) (42). Сходным образом в иранской семье идентифицированная мутация это мутация сдвига рамки считывания по аминокислоте 191 и в результате возникает преждевременный стоп кодон на 35 аминокислот ниже (pV191GfsX35) (42). В обоих случаях продуцируемый белок предположительно лишен доменов связывания Netrin-1. Соотв., in vitro исследование связывания показало, что pV329GfsX15 не способен связывать Netrin-1 (42).
У затронутых членов итальянской семьи делеция также вызывает мутацию сдвига рамки считывания и предположительно генерирует преждевременный стоп кодон в позиции 1302 новой рамки считывания (pL1279PfsX24) (43). В этом случае предполагаемый DCC белок, как ожидается, д. всё ещё соединяться с Netrin-1, но обнаруживает укорочение своего цитоплазматического хвоста. Т.о., функциональная инактивация pL1279PfsX24 DCC может быть обусловлена потерей сайта связывания с цитоплазматическим эффектором, стоящим ниже DCC. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить молекулярный механизм, лежащий в основе потери функции при этой мутации.
Альтернативно, поскольку неизвестно, ведут ли эти мутации к генерации белка, то возможно (но необходимо проверить) , что клеточные механизмы, такие как nonsense-обусловленный распад мРНК, предупреждают от продукции этих мутантных белков. Если это действительно так, то эти гетерозиготные мутации д. приводить к гаплонедостаточности скорее, чем к доминантному негативному эффекту.
Интересно, что две дополнительные семьи с MM, по-видимому, не обладают мутациями в DCC (43). Т.о., врожденные MM генетически гетерогенны несмотря на их клиническую гомогенность. Можно предполагать, что др. мутации, вызывающие MM могут быть также в генах, ответственных за ведение аксонов через среднюю линию, таких как Netrin-1, Unc5H3, Slits, Robos или Shh.
HGPPS is associated with homozygous and heterozygous mutations in the ROBO3 gene
HGPPS редкое аутосомно рецессивное заболевание, характеризующееся врожденным отсутствием сопряженного латерального движения глаз , а также прогрессирующим сколиозом, развивающимся в раннем детстве (44). Анализ геномного сцепления в несвязанных близкородственных семьях разного этнического происхождения выявил локус HGPPS в области в 2.4 Mb на хромосоме 11q23-25 (45). Анализ этой области идентифицировал гомозиготные мутации в гене ROBO3 у затронутых HGPPS пациентов, но не у контрольных-пациентов (45). Помимо гомозиготных мутаций, идентифицированных в близкородственных семьях, компаундные гетерозиготы по мутации в гене ROBO3 также были идентифицированы в не близкородственных семьях (46). Пока идентифицированы 22 разных ROBO3 мутации у HGPSS-затронутых индивидов на разном этническом фоне и кроме того были локализованы по всему генетическому локусу, разные мутации, включая missense, nonsense, splice site и мутации сдвига рамки считывания (Fig. 4) (45-47).
Магнитно резонансные изображения головного мозга HGPSS пациентов обычно выявляют гипоплазию варолиева моста, ножек мозжечка и ствола мозга, а также характерный в виде бабочки спинной мозг, обнаруживающий переднее уплощение и щель по срединной линии вдоль его вентральной стороны (45, 47-49). Т.к. вздутия ядер отводящего нерва в четвертом желудочке отсутствуют у HGPSS пациентов, то отводящие нервы проецируются билатерально, а extraoccular нервы выглядят нормальными по размеру и конфигурации (45). Электрофизиологические исследования показали как латерализацию соматосенсорных реакций, так и аномальные реакции ипсилатеральных мышц у HGPSS индивидов (45, 48). Итак, эти исследования подтвердили, что нисходящий путь CST, который контролирует первичные моторные реакции, и восходящий дорсальный column-medial lemniscal путь, ответственный за соматосенсорные реакции, неспособны к перекрестам в спинном мозге HGPSS пациентов (45, 48). Интересно, что имеются доказательства частичного перекрещивания соматосенсорных проекций у HGPSS пациентов с
ROBO3 мутацией E319K (49). Обусловлена ли эта изменчивость неполной пенетрантностью этой специфической мутации или дополнительными факторами, предстоит выяснить. Diffusion tensor изображения также показали отсутствие основных перекрещивающихся волокон в заднем мозге (50), аномалии, которые напоминают те, что наблюдаются у
Robo3 мутантных мышей (25). Недавние исследования у мышей показали, что условная инактивация
Robo3 в специфических комиссуральных нейронах заднего мозга приводит к ипсилатеральным проекциям их аксонов в развивающийся мозжечок и к моторному, сенсорному и сенсорно-моторному дефициту, сходному с таковым у пациентов HGPSS (51). Дальнейший анализ этих животных определенно прояснит наше понимание развития HGPSS у человека.
Conclusion and perspectives
While animal model studies have provided a wealth of information on the process of axon guidance as well as midline crossing in the last two decades, mutations which lead to axon guidance and midline-crossing defects in humans have only begun to be described. Thus far, mutations have been identified in the DCC and ROBO3 genes; however, it is likely that mutations in other genes involved in axon guidance also exist in humans. Advances in neuroimaging and electrophysiological techniques will almost certainly permit the identification of neural circuit malformations in humans that are currently undiagnosed. In parallel, technological progresses in the tools available to human geneticists will help the identification of the causative genes for these malformations. Finally, the generation of animal models which mimic congenital diseases associated with defective axon guidance will not only contribute to the understanding of these diseases but will also help to the development of therapies.
Сайт создан в системе
uCoz