CMD-like brain malformations
Симптомы нарушений головного мозга при CMD

Deletion of brain dystroglican recapitulates aspects of congenital muscular dystrophy
S.A. Moore, F. Salto, J.Chen, D.E. Michele, M.D. Henry, A. Messing, R.D, Cohn, S. E. Ross-Barta, S. Westra, R.A. Williamson, T. Hoshi, K. P. Campbell
Nature V. 418. No 6896. P.422-425. 2002

Дистрогликан является высоко гликозилированным компонентом мышечного дистрофин-гликопротеинового комплекса, который экспрессируется и в головном мозге. избирательная делеция дистрогликана в головном мозге достаточна для возникновения нарушений головного мозга, обычно сопровождающих CMDs, включая нарушение образования кортикальных слоев, слияние полушарий головного мозга и мозжечкового листка (folia)и аберрантную миграцию гранулярных клеток. Такой головной мозг теряет связывание с высоким сродством белка ламинина ВКМ и обнаруживает непрерывность пиальной поверхности базальной ламины (glia limitans), которая, по-видимому, и обусловливает ошибки в миграции нейронов. Установлено, что дистрогликан может играть и постсинаптическую роль в процессах обучения и памяти.


(Рис.1.suppl)
 |  (a) Design of floxed dystroglycan mice.
(b) Dystroglycan rtPCR from total brain RNA. Gene specific sense primer (5'-GCTCATTTCGAGTGAGCATTCC- 3') and antisense primer (5'-CTAGTTTCCAGGACAGGAGA- 3') were designed to anneal to the sequences in exon 1 and exon 2, respectively.
(c) Tissue -selective recombination of floxed dystroglycan gene . Gene specific sense primer (5'-CGAACACTGAGTTCATCC-3') and antisense primer (5'-CAACTGCTGCATCTCTAC-3') were designed to anneal to the intronic sequences flanking exon 2, which allow amplification of a 585 bp fragment only when exon 2 and the neo cassette are excised by Cre recombinase.



(Рис.2. suppl)
 |  Macrocephaly. Photographs are from littermate control and GFAP -Cre/DG-null mice(dorsal surfaces and coronal sections). Graphs are brain weights from littermate pairs. Brain weights are increased by 17.7% in DG-null females (p=0.00002; 13 littermate pairs) and by 18.2% in DG-null males (p=0.00004; 9 littermate pairs). Brain/body weight ratios are also increased in DG-null mice (20.5% increase in females, p=0.009; 30.3% increase in males, p=0.008).


(Рис.3. suppl)
 |  ementary) Cerebral neuronal migration abnormalities. H&E stained sections from littermate control (a, c, and e) and GFAP-Cre/DG-null (b, d, and f) mice show midline fusion (vertical arrows), disarray of neuronal migration, and normal location of anterior cerebral artery, corpus callosum (cc), and lateral ventricle (v).


(Рис.4. suppl)
 |  Cerebellar and brain stem neuronal migration abnormalities. H&E stained sections from littermate control (a, b, c, and g) and GFAP-Cre/DG-null (d, e, f, h, i, and j) cerebella and DG-null brain stem (k and l). Arrows in (e) mark fusion of adjacent folia, while arrows in (f) show subependymal, heterotopic cerebellar cortex. Regions of abnormal granule cell migration are labeled “egc” in (e) and marked by dashed white ova ls in (h) and (i) or arrows in (j). Panels a-f, k and j are from adult mice. Panels g-j are from postnatal day 12 mice.


(Рис.5. suppl)
 |  Glial-neuronal meningeal heterotopia. Electron micrographs from littermate control and GFAP-Cre/DG-null mice. The normally open suba rachnoid space (a) is filled with heterotopic astrocytic and neuronal processes in DG-null mice (b). Arrows mark the location of the glia limitans in each micrograph. Brain parenchyma is at the bottom of each micrograph.

Dystrophin-glycoprotein complex (DGC) поперечно исчерченных мышц хорошо охарактеризованный набор цитоплазматических, мембранных и внеклеточных белков, которые формируют критическое сцепление между цитоскелетом и базальной ламиной. Центральным связывающим белком DGC с базальной ламиноя является dystroglican, рецептор с высоким сродством соединяющийся в некоторыми белками (напр., ламинином. аргином, неурексином и перлеканом), который состоит из α- и β-субъединиц, кодируемых одиночным геном. α-dystroglycan (α-DG) высоко гликозилированный внеклеточный компонент, тогда как β-DG располагается в плазматической мембране, формируя мостик между α-DG и цитоскелетом. В ЦНС дистрогликан обилен на внутренних сторонах (interface) двух базальных ламин, формируемых астроцитами: в нижних отростках, примыкающих к сосудам головного мозга, и в нижних отростках, составляющих glia limitans на поверхности мягкой оболочки головного и спинного мозга. Дистрогликан головного мозга локализуется также в нейрональных элементах нескольких мест, включая гиппокамп и кору мозжечка, где они м. формировать структурные элементы некоторых синапсов.
Использовали Cre-loxP методологию для селективного устранения дистрогликана из ЦНС с помощью промотора glial fibrillary acid protein (GFAP), экспрессирующегося с 13.5 дня развития мыши. Промотор GFAP человека временно активен в клетках нейральных предшественников в результате Cre рекомбинации floxed генов (генов flanked by loxP elements), персистируя в течение жизни некоторых ЦНС клонов клеток.
GFAP-Cre/DG-нулевые мыши были фертильны и не обнаруживали существенных нейрологических аномалий. Дистрогликан отсутствовал в основном в тканях ЦНС этих мышей (только в головном и спинном мозге и периферических нервах). Продемонстрировано отсутствие дистрогликана в нижних отростках астроцитов, примыкающих к glia limitans и микрососудам головного мозга. Кроме того изоформы дистрофина не экспрессировались в в этих местах мягкой оболочки и периваскулярно у GFAP-Cre/DG-нулевых мышей. Это указывает на то, что отсутствие в этих местах дистрогликана нарушает DGC. Однако, они не нарушены в гладких мышцах кровеносных сосудов головного мозга и хороидного сплетения.
Потеря дистрогликана ведет к ряду структурных дефектов, от макроцефалии до различных ошибок в миграции нейронов. Увеличение размеров головного мозга происходит примерно на 20%. Гистопатологические аномалии сходны, но не идентичны с таковыми при CMDs у DG-нулевых мышей, включая слияние расщелины (fissure) мозговых полушарий и соседней folia мозжечка, мультифокальное нарушение порядка нейрональных слоев в коре мозга, уродства, напоминающие полимикроглию, и относительно хорошо определяемая гетеротипоия внутри поверхностного кортекса. Минорная дисперсия тел нейрональных клеток в области СА1 и фокальные нерегулярности слоя dentate гранулярных клеток обнаруживаются в гиппокампе некоторых DG-нулевых мышей, однако основной тракт белого вещества непримечателен. Все мыши обнаруживают хорошо сформированное мозолистое тело, передние мозговые артерии и латеральные желудочки, и по этому признакоу оитличимы от слияния по средней линии у DG-нулевых мышей при голопрозэнцефалии. Хотя ход foliation выглядит нормальным у DG-нулевых мышей имеются остаточные гнезда наружных гранулярных клеток у взрослых мышей. они обнаруживаются в субарахноидальном простраенстве во время постнатального развития мозжечка у DG-нулевых мышей указывая тем самым, что аномальная миграция и ловушки ведут к образованию гнезд гранулярных клеток. Кроме того гетеротопическая мозжечковая ткань фокально выстилает субэпендимные области четвертого желудочка и формрует узлы внутри мозгового акведукта.
N/r/ дистрогликан является главным организатором белков ВКМ, то м. предположить, что его потеря из нижних отростков астроцитов glia limitans бужет вызывать аномалии базальной ламины, которые м. лежать в основе ошибок миграции у GFAP-Cre/DG-нулевых мышей. Действительно выявляются широко распространенные пробелы glia limitans? сопровождаемые глиально нейрональной гетеротопией в мягких мозговых оболочках. Выраженное снижение связывания с высоким сродством ламинина в DG-нулевом головном мозге указывает на то. что механизм, лежащий в основе разрывов, это потеря способности организовать базальную ламину glia limitans. Базальная ламина является критической для норамального развития коры. Ее ферментативное или холодовое разрушение вызывает аномалии миграции кортикальных нейронов, а генетическое разрушение перлекана или α5-ламинина или комбинированное нарушение α3- и α6-интегринов, ведут к экзэнцефалии. Аномалии glia limitans и менигиальная гетеротопия сходны у GFAP-Cre/DG-нулевых мышей с таковыми после делеции β1-интегрина, мембранного белка, тесно ассоциированного с ВКМ. Нарушение непрерывности glia limitans у GFAP-Cre/DG-нулевых мышей м. нарушать позиционирование сигналов или разрушать поддержку из радиальной глии, необходимую для нормальной миграции нейробластов. Возможно и нарушение адгезии нейробластов с радиальной глией.
У человека наиболее сходным с GFAP-Cre/DG-нулевых мышей фенотипом является типа II (cobblestone0 lissencephaly, распространенная аномалия головного мозга, встречающаяся при некотрых типах CMD. Мутации в некоторых генах DGC ведут к мышечной дистрофии у людей и животных и к аномалиям ЦНС. Это подтверждается клонированием fukutin, гена ответственного за Fukuyama congenital muskular dystropy (FCMD) и обнаружением мутации POMGnT1 при МЕВ. Предполагается, что fukutin м.б. секретируемой гликозилтрансферазой. POMGnT1 действительно является гликозилтрансферазой, катализирующей O-mannosyl гликозилирование. Связь между мышечной дистрофией и гликозилтрансферазами выявляется и у myd мышей и у людей с мутациями в LARGE и fukutin-родственном белке, соотв. Делеция дистрогликана из головного мозга, вызывает аномалии головного мозга, сходные с типа II лиссэнцефалией, сходные с FCMD, Walker-Warburg синдромом и МЕВ. Все это подтверждает гипотезу, что аномалии джистрогликана лезат в основе аномалий ЦНС, характерные для этой группы CMDs.
Роль гликозилирования дистрогликана в патогенезе CMD подтверждается данными по пациентам с МЕВ и FCMD и мышам myd. Их скелетные мышцы обнаруживают аномалии гликозилирования α-DG и выраженное уменьшение связывания с высоким сродством ламинина. Уменьшение связывания ламинина в головном мозге myd мышей сопровождается разрывами glia limitans и ошибками миграции нейонов, сходными с таковыми у GFAP-Cre/DG-нулевых мышей.
У GFAP-Cre/DG-нулевых мышей наблюдалась выраженная GFAP-иммунореактивность. Разрушение glia limitans между паренхимой головного мозга и субарахноидальным пространстовм м. б. причиной этого 'gliosis'. Glia limitans по своему интерфейсу между цереброспинальной жидкостью и головным мозгом сходна с интерфейсом под-мать Reichert's мембраны у разивающихся эмбрионов. Эба эти места создают барьер и существенно зависят от дистрогликана при формировании компетентной бащзальной ламины. Потеря этого барьера glia limitans и барьера между кровью и мозгом ( еще одно место, в котором астроциты теряют дистрогликан) м. вести к реактивному, воспалительному глиозу. К этому м. вести и нарушение нейрогенеза или глиогенеза.
Дистрогликан является важным компонентом нейромышечных соединений, где он участвует в организации постсинаптических компонентов. Он обнаруживается с в синаптических структурах гиппокампа. Поэтому предполагается, что его устранение из головного мозга м. нарушать синаптическую передачу. Оценивали базовую нейротрансмиссию, paired-pulse facilitation (содействие) и long-term potentiation (LTP), коррелирующими с обучением и памятью. DG-нулевые мыши обнаруживали тольо short-term potentiation (STP). Это указывает на то, что дистрогликан необходим для high-frequency stimulation-индуцированной LTP в СА3-СА1 синапсах гиппокампа.
Базовая нейротрансмисся при этом не изменена. Paired-pulse facilitation (ЗЗА) в интервалах 50 и 20 мсек не отличается существенно от контроля. Следовательно, нез\хватка дистрогликана не влияет на пресинаптическое высвобождение нейротрансмиттеров. Это согласуетс с ролью дистрогликана в организации постсинаптических сайтов нейромышечных соединений. Возможно также, что аномалии астроцитов, вызыванные отсутствием дистрогликана, м. объяснить ослабление LTP.


Сайт создан в системе uCoz