Посещений:
Лиссэнцефалия

Молекулные Механизмы Патологии

Lissencephaly and LIS1: insights into the molecular mechanisms of neuronal migration and development
A Wynshaw-Boris
Clinical Genetics 72 (4), 296–304. doi:10.1111/j.1399-0004.2007.00888.x

Lissencephaly is a severe human neuronal migration defect characterized by a smooth cerebral surface, mental retardation and seizures. LIS1 was first gene cloned in an organism important for neuronal migration, as it was deleted or mutated in patients with lissencephaly in a heterozygous fashion. Studies in model organisms, particularly Aspergillus nidulans, as well as those in the mouse, have uncovered an evolutionarily conserved pathway that involves LIS1 and cytoplasmic dynein. This pathway codes for proteins in a complex with cytoplasmic dynein and positively regulates its conserved function in nuclear migration. This complex appears to be important for proliferation and neuronal survival as well as neuronal migration. One of the components of this complex, NDEL1, is a phosphoprotein that is a substrate for CDK5 (or CDK2 in fibroblasts) and Aurora-A, two mitotic kinases. CDK5-phosphorylated NDEL1 binds to 14-3-3, which protects it from phosphatase attack. Interestingly, 14-3-3 is located 1 Mb from LIS1 and is heterozygously deleted with LIS1 in patients with a severe form of lissencephaly, Miller–Dieker syndrome. Mouse models confirm that 14-3-3 plays an important role in neuronal migration, and mice that are double heterozygotes for mutations in Lis1 and 14-3-3, display more severe neuronal migration defects. The identification of LIS1 as the first lissencephaly gene, and the first gene required for neuronal migration has revealed the importance of the regulation of cytoplasmic dynein in the control of neuronal migration by modulating nuclear migration in a pathway conserved in virtually all eukaryotes.


Рис.1.  |  Fig. 1. Interkinetic nuclear migration in neuroepithelial stem cells and radial glial progenitor cells, (a) Neuroepithelial stem cells (NESC) exist as a pseudostratified epithelium with each cell attached at both apical and basal surfaces. Interkinetic nuclear migration occurs throughout the length of the cell, with nuclei from cells in Gl moving from the apical to the basal surface (arrow above Gl), where cells synthesize DNA (S). Nuclei from cells in G2 move from the basal to apical surface (arrow above G2), where the cells divide (M), to produce two daughter NESCs. (b) Interkinetic nuclear migration occurs in the more restricted radial glial progenitor cells (RG), but this migration is confined to the ventricular zone (VZ), and excluded from the intermediate zone (IZ) and cortical plate (CP). Note that RG cells divide at the apical surface.




Рис.2.  |  Fig. 2. Direction of migration of neurons during mammalian cortical development. The schematic represents a coronal section through an El2-13 mouse cortex. Arrows represent radial migration from the hippocampus (HIP, green), cortex (aqua), lateral ganglionic eminence (LGE, red) to the caudate, putamen and medial ganglionic eminence (MGE, black) to form the projection neurons. Additionally, cells migrate tangentially from the LGE (blue) to the caudate, putamen and MGE (pink) to form the inhibitory interneurons in the cortex. These tangentially migrating cells interact with radially migrating cells born at the same time in the intermediate zone of the cortex, and then migrate together to the proper layer in the cortex. LV. lateral ventricle; NCX, neocortex; 3V. third ventricle.


Рис.3.  |  Fig. 3. The LISl/NDE/dynein complex. LIS1 interacts directly with NDE1, which interacts with the cytoplasmic dynein light chain (CDLC) to regulate centrosomal protein localization and function. LIS1 also directly interacts with NDEL1, and LIS1 and NDEL1 directly interact with the cytoplasmic dynein heavy chain (CDHC) to regulate centrosomal protein localization and function as well as microtubule dynamics. These interactions are critical for nuclear movements and neuronal migration. NDEL1 appears to be the focus of regulation, as it is phosphorylated by two different mitotic kinases: CDK5 with its required co-activator p35 зрщызрщкндфеуы NDELl on three sites (S198, T219 and S231); and Aurora-A kinase phosphorylates NDELl on S251. CDK5-pрosphorylated NDELl binds to I4-3-3ε, which protects NDELl from de-pbosphorvlation, perhaps by phosphotase 2A (PP2A), as NDELl binds to the PP2A regulatory subunit PR65a.


Рис.4.  | Fig. 4. Similarity between interkinetic nuclear migration and neuronal migration. Labeling is the same as Fig. 1, except the centrosome is represented as a red circle. A cell undergoing interkinetic nuclear migration is enlarged on the left, while a migrating neuron is enlarged on the right. Microtubules that stretch from the centrosome to the nucleus are red.

Мозг человека наиболее тщательно изученная структура, представлена интегрированной сетью из более 100 биллионов нервных клеток. Формирование этой нервной сети нуждается в точной хореографии нейрогенеза, миграции нейронов, удалении лишнего и синаптогенезе во время развития. Кора головного мозга млекопитающих образует сложный паттерна и подразделена анатомически на самостоятельные, функционально специализированные области для познавательной, исполнительной, моторной, соматосенсорной, слуховой и зрительной функций. Эти разные кортикальные области обладают точными соединениями, чтобы обеспечить специфическими входящими и исходящими сигналами в и из коры головного мозга.
Большая часть знаний о развитии нейронов получена в исследованиях вариаций от основного паттерна организации переднего мозга, включая и человека. Одним из наиболее серьёзных аномалий миграции нейронов у человека является lissencephaly ("гладкий мозг"). термин первоначально использованный для описания гладкой поверхности головного мозга у низших млекопитающих. является тяжелым уродством, при котором головной мозг имеет гладкую церебральную поверхность скорее, чем характерные извилины и борозды, что делает различимыми головной мозг приматов и человека. Lissencephaly может быть также специфицирована как agyria (отсутствие извилин) или pachygyria (редуцированные количества расширенных извилин).
Здесь основное внимание буде уделено LIS1, первому клонированному гену миграции у любого из организмов. Открытие LIS1 как причинного гена для субнабора человеческих lissencephaly привело к вычленению комплекса законсервированного от дрожжей до человека, который регулирует активность цитоплазматического dynein. Этот комплекс является критическим для нейрональной миграции, но недавние данные показали, что он очень важен во время нейрогенеза и для выживания нейронов во время развития. Читатель найдет в недавних обзорах более детальную информацию о контроле нейральной миграции (1-3) и функции LIS1 (4).

Neuronal migration during cortical development


Миграция нейронов активно изучалась более 30 лет у разнообразных видов млекопитающих от мышей до человека. Основная последовательность событий, которые происходят во время развития коры общие у всех этих видов, хотя время событий завсисит от вида. Напр., эти события происходят между 5-м и 22-м неделями развития человека, тогдакак у мышей отни происходят между эмбриональным днем 11 (Е11) и Е19.
До Ell у мышей нервная трубка состоит из одиночного слоя псевдостратифицированных нейроэпителиальных стволовых клеток, которые быстро пролиферируют. Каждая из этих стволовых клеток растягивается от апикальной до базальной поверхности нейроэпителия и когда эти клетки проходят через клеточный цикл, ядра обнаруживают interkinetic миграцию (Fig. 1). Ялра делятся на апикальной поверхности, а синтезируют ДНК на базальной поверхности нейрального эпителия. Следовательно, ядра из клеток в Gl мигрируют от апикальной к базальной поверхности, тогда ка ядра клеток в G2 движутся от базальной к апикальной поверхности. Приблизительно на Ell, вскоре после закрытия ростральной части нервной трубки, нейроэпителиальные стволовые клетки затем дифференцируются в более ограниченные предшественники, клетки предшественники радиальной глии и в субпопуляция этих клеток, дочерние клетки от предшествеников радиальной глии становятся постмитотическими, незрелыми нейробластами, ещё в и сразу же после выхода из ventricular zone (VZ). Молодые нейроны начинают перемещаться из VZ приблизительно на ст. E12 радиально вдоль выростов из предшественников радиальной глии, которые действуют как предшественники и как каркас для миграции (Fig. 2). Первые мигрирующие клетки создают маргинальную зону или слой layer 1, который состоит в основном из самых ранних дифференцирующихся нейронов кортекса, клеток Cajal-Retzius. Между El3 и 19 у мышей нейроны, возникшие в VZ мигрируют через промежуточную зону в направлении кортикальной пластинки, находящейся на поверхности мягкой мозговой оболочки, и становятся projection нейронами кортекса. Как результат, возникает несколько эмбриональных тонких пластинок в течение последующих нескольких дней. Интересно, что пролиферирующие предшественники радиальной глии обнаруживают interkinetic миграцию ядер, сходную с таковой в нейроэпителиальных стволовых клетках, но только в VZ, пролиферативной зоне на апикальной поверхности (Fig. 1). Эмбриональная кортикальная пластинка формирует слои 2 - 6 в постнатальный период. Классические исследования установили, что кора головного мозга формируется с помощью 'inside-out' миграции клеток из VZ. Рано возникшие нейробласты, которые мигрируют первыми в кортикальную пластинку занимают самые глубокие кортикальные слои у взрослых (слои 4, 5 и 6). Поздно возникшие мигрирующие юные нейроны, мигрирующие после возникновения клеток кортикальной пластинки оккупируют более поверхностные слои (слои 2 и 3) взрослого кортекса.
Помимо радиальной миграции проекций нейронов кортекса, ингибирующие интернейроны мигрируют тангенциально из medial ganglionic eminences (MGE) и lateral (LGE) ganglionic eminences (Fig. 2). Как один из примеров тонкой хореографии миграции нейронов, клетки, возникшие в кортикальной VZ встречаются с клетками, возникшими в то же самое время в MGE и LGE, в IZ, где они взаимодействуют и мигрируют вместе в соответствующий кортикальный слой.

Human lissencephaly


Lissencephaly является одним из наиболее хорошо охарактеризованных и изученных генетических нарушений коры головного мозга. Первичный дефект, лежащий в основе сглаживания головного мозга у пациентов с лиссэнцефаолией, связан с дефектами миграции нейронов. Неспособность постмитотических нейронов достигать своих финальных мест предназначения и корректно заселять кортикальную пластинку коры головного мозга соотв. ведет к аномальной толщине коры и редукции или отсутствию извилин и борозд на его поверхности.
Классическая lissencephaly определяет подгруппу нарушений миграции нейронов у людей, характеризующуюся генерализованной agyria/pachygyria, 4 аномальными кортикальными слоями, увеличенными желудочкам и генерализованной нейрональныой гетеротопией (5). Существуют два основных типа классической lissencephaly: isolated lissencephaly sequence (ILS) и Miller-Dieker syndrome (MDS). ILS является гетерогенным нарушением, состоящим из варьирующей по тяжести лиссэнцефалии с др. крупными уродствами, такими как черепнолицевой дисморфизм. Дети с ILS обнаруживают тяжелую умственную отсталость и обычно имеют эпилепсию (6). MDS состоит из более тяжелой lissencephaly, чем у ILS пациентов, характерных лицевых аномалий и иногда др. уродств. Дети с MDS имеют тяжелую умственную отсталость и страдают эпилепсией. Черепнолицевой дисморфизм включает микроцефалию с bitemporal сужениями, высоким лбом и маленьким носом с повернутыми кпереди ноздрями, с тонкой красной каймой и микрогнатией (7). Нарушение всегда фатально в раннем детстве. Основной патологией при обоих нарушениях считается кора головного мозга, но также описаны и мозжечковая и olivary гетеротопии у пациентов с MDS.
MDS (100%) и в некоторых случаях ILS (40%) являются результатом гаплонедостаточности по хромосоме 17pl3.3. у людей с видимой или субмикроскопической делецией, выявляемой с помощью флюоресцентной in situ гибридизации (8, 9). Ген LIS1 клонирован из этой области (10). LIS1 нарушен у ILS пациентов с транслокацией и у некоторых др. ключевых MDS пациентов (9). Точковые мутации и внутригенные делеции в LIS были идентифицированы у ILS пациентов. которые не обнаруживали серьезных структурных хромосомных перестроек, это подтверждает, что мутации и делеции в гене LIS1 ответственны за классическую lissencephaly у ILS и MDS пациентов (11, 12). Более тяжелый фенотип миграции нейронов и лицевой дисморфизм, наблюдаемый у MDS пациентов указывает на то, что гены, иные чем LIS1, такие как 14-3-3e ответственны за эти фенотипы.

Mouse models for Lis1 functional studies


Мышиные модели для данных нарушений используются для выяснения функции LIS1 и путей, ассоциированных с ним во время развития головного мозга. Хотя исследования на человека продемонстрировали, что LIS1 ответственны за лиссэнцефалию, невозможно изучить дефекты миграции нейронов, которые возникают у эмбрионов во время развития человека. Для проверки последствий уменьшения дозы и полной нехватки Lis1 in vivo были получены два нокаутных и один условно нокаутный Lis1 мутантный аллель благодаря генному таргетингу у мышей (13). Два нокаутных аллеля (один из Cre-обусловленной делеции условного нокаутного аллеля) являются нулевыми, тогда как условный аллель является гипоморфным, из-за нарушений транскрипции или сплайсинга за счет инсерции PGKneo в интрон 3. Путем скрещивания мышей с различными Lislаллелями, были получены мыши с градированным снижением дозы LIS1. Мыши с пониженными уровнями Lisl обнаруживали дозово-зависимую дезорганизацию кортикальных слоёв, гипопокампа, мозжечка и обонятельных луковиц из-за клеточно-автономных дефектов миграции нейронов (13) и они являются прекрасной моделью нарушений у людей. Полная потеря LIS1 приводит к пери-имплантационной летальности, результат подтвержденный на материнских Lisl нокаутах (14), демонстрирует, что Lis1 является важным геном.
Дальнейшие исследования продемонстрировали ухудшение координации у Lis1-нулевых гетерозигот (15), ожидаемый тип дефектов, исходя из фенотипов у людей. Нарушение клеточной и синаптической физиологии в гиппокампе (16), наблюдаемое у Lisl мутантных мышей явилось результатом дефектов миграции нейронов. Было продемонстрировано, что древовидная структура дендритов нейронов от дикого типа и Lisl+/KO клеток, локализованных внутри stratum pyramidale, не обнаруживали достоверных отличий, но дендритные древа нейронов гетеротопических пирамидальных клеток были достоверно меньше по сравнению с клетками дикого типа, с чахлыми дендритами, которые дают меньше веточек. Повышенная возбудимость, выявляемая с помощью срезов от Lisl+/KO мышей предоставляет потенциальное объяснение необъяснимым судорогам, наблюдаемым у ILS пациентов.
Несколько линий доказательств подтверждают заключение, что наблюдаемые in vivo миграционные дефекты у мышей связаны со снижением дозы LIS1 (13). Сюда входит гистологический анализ во время развития, BrdU эксперименты и in vitro миграция гранулярных клеток из мозжечковых клеточных ре-агрегатов. Др. исследования нашей лаб. подтвердили эти находки (17,18). Развитие pre-plate, Cajal-Retzius клеток и поддержек из радиальной глии, по-видимому, не зависят от уровней LIS1. LIS1 необходим также для нормальной генерации и жизнеспособности кортикальных VZ нейробластов. Это исследование подтверждает, что LIS1 важен не только для миграции нейронов, но и также для пролиферации клеток во время нейрогенеза, а также для жизнеспособности нейронов. В согласии с этими исследованиями и то, что Lisl ко-локализуется с цитоплазматическим dynein в митотических кинетохорах, указывая тем самым на роль Lisl в поведении хромосом. Напр.. микроинъекции anti-Lisl антител приводят к задержке хода митоза, сопровождаемом хромосомными дефектами на ст. метафазной пластинки. Lisl экспрессируется также в кортикальной (маргинальной) области из пролиферирующих эпителиальных клеток, а его избыточная экспрессия приводит к нарушению организации митотического веретена и как результате редукции кортикального распределения dynein. Т.о., Dynein/Lisl комплекс играет важную роль в регуляции ориентации веретена.
Сравнительно недавно стало возможно исследовать непосредственно миграцию нейронов в культураз срезов из эмбрионального кортекса. Липофильная окраска или in utero разрезы с green fluorescent protein используются для мечения мигрирующих клеток и миграция записывается с помощью конфокальной time-lapse видео-микроскопии. Использование RNAi нокдауна Lisl четко демонстрирует, что LIS1 необходим для миграции нейронов (20, 21). Кроме того, LIS1 нокдаун, ассоциируемый с делениями нейральных стволовых клеток (21), согласуется с важной ролью LIS1 в пролиферации.

LIS1, MTs and dynein


Миграция нейронов управляется сложными механизмами, которые оркестрируются с помощью множественных белков, которые взаимодействуют в основном, но не исключительно, чтобы способствовать привлечению, организации, стабильности и movement/function микротрубочек и актинового цитоскелета. LIS1 состоит из 7 пространственно расположенных WD-40 повторов и по-видимому, приобретает структуру 'propeller wheel' сходную с др. белками с WD-40 повторами. Телячий и мышиный LIS1 почти полностью идентичны по аминокислотным последовательностям. У млекопитающих LIS1 обладает, по крайней мере, двумя идентифицированными функциями. LIS1 является некаталитической субъединицей platelet-activating factor acetylhydrolase (PAFAH) изоформы lb, инактивирующего энзима для platelet-activating factor (PAF) (22), так что формальное название гена LIS1 является PAFAH1B1. Каталитические alpha субъединицы (αl и α2) инактивируют PAF, хотя роль LIS1 в регуляции ферментативной функции неизвестна. Кроме того, LIS1 выполняет неферментативную функцию; он является частью высоко законсервированного пути, который регулирует ядерную миграцию у грибов (23). Гомолог LIS1 слизистой плесни Aspergillus nidulans, NudF является частью сигнального пути, который регулирует ядерную миграцию вдоль микротрубочек посредством регуляции моторной функции dynein. У этого организма ядра мигрируют в направлении растущей верхушки гифа, чтобы установить регулярное расположение, процесс наз. нуклеокинезом (24, 25). Некоторые мутации по распределению ядер (nud мутанты) были получены у этого организма (25, 26). Одна из, nudF является у грибов гомологом LIS1 (27), тогда как др. nud мутантны непосредственно влияют на цитоплазматические dynein и dynactin в этом процессе (28, 29). Путь nud заметно консервативен у эукариот, а регуляция моторной функции dynein с помощью LIS1 и организации микротрубочек законсервирована в клетках млекопитающих (Fig. 3). LIS1 ассоциирует с фракцией микротрубочек клеточных supernatants (30) и присутствует в областях высокой плотности микротрубочек в нейронах и фибробластах, особенно в центросомах и microtubule-organizing center (MTOC) (19, 31). Большое количество данных предоставляет строгие доказательства, что доза LIS1 регултрует моторную функцию цитоплазматического dynein, но как LIS 1 регулирует миграцию нейронов?
Очевидно, что LIS1 необходим для перемещений ядер во время миграции нейронов путем купирования ядра с центросомой (18). Гранулярные клетки мозжечка от Lisl+/- мышей обнаруживают замедленную миграцию и удлинение расстояния между центросомой и ядром. LIS1 локализуется на центросоме с некоторыми выпячиваниями в направлении ядра. В согласии с важной ролью функции dynein, ингибирование dynein с помощью избыточной экспрессии dynamitin приводит к сходному фенотипу. Арест ядерных перемещений наблюдался при использовании RNAi нокдаунов LIS1 в культурах эмбриональных кортикальных срезов (20, 21). Подтверждено, что ядерные движения во время миграции нейронов обеспечиваются за счет LIS1 комплекса, регулирующего функцию цитоплазматического динеина, функцию, которая законсервирована в ходе эволюции от Aspergillus до млекопитающих.

Central role of NudE homologs in LIS1 function


Путь nud законсервирован у всех эукариот, включая млекопитающих. Некоторые группы, включая нашу собственную, клонировали гомолога млекопитающих NudE из дрожжей, с использованием при двугибридном скрининге LIS1 в качестве затравки (32-35), и некоторые из этих исследований показали прямую связь между LIS1 и dynein моторами. Имеются, по крайней мере, два гомолога NudE млекопитающих: mNudE (теперь наз. NDE1) и NUDEL (теперь наз. NDEL1). Оба являются суперскрученными белками из 344-345 аминокислот и содержат 10% серинов. NDEL1 и NDE1 белки ко-локализуются с LIS1 на центросоме или MTOC в митотических эмбриональных нейробластах или фибробластах. И NDEL1 и LlSl непосредственно взаимодействуют с CDHC, обеспечивая прямую связь между LIS1 и цитоплазматическими dynein моторами. mNudE (NDE1) соединяется с легкой цепью dynein и этот механизм регуляции dynein не был тщательно исследован как NDEL1. В целом эти результаты согласуются с гипотезой, что LIS1 и NDEL1 ответственны за локализацию CDHC (с ассоциированными белками) и регулируют моторную функцию dynein и транспорт органелл в клетке.
NDEL1 является фосфопротеином. Он bona fide субстрат для Cdk5/p35 in vitro и in vivo по трем сайтам: S198, T219 и S231 (34, 35). Cdk5 фосфорилирование NDEL1 контролирует его клеточную локализацию и возможно влияет на моторную функцию dynein. Эти же самые сериновые остатки законсервированы в mNudE (NDE1), подтверждая тем самым, что NDE1 может быть мишенью для Cdk5 тоже. Однако, прямые эксперименты in vitro и in vivo позволят решить вопрос, является ли NDE1 субстратом для Cdk5 комплекса.
Помимо CDK5 (или CDK1 в фибробластах), NDEL1 фосфорилируется с помощью polo-подобной митотической киназы Aurora-A (36). Polo-like киназы законсервированы у всех эукариот (37). При переходе G2/M и во время ранних ст. митозов, Plks участвует в созревании центросом, активации Cdkl/cyclin B, разборке комплекса Golgi и удалении субъединиц сohesin из хроматина. Aurora-A kinase эффективно фосфорилирует NDEL1 по серину 251 в начале вступления в митоз, что совпадает с активацией Аurora-A при переходе G2-профаза, тогда как фосфорилирование S251 внезапно исчезает после профазы (36). Сравнение Aurora-A обусловленного фосфорилирования S251 с помощью CDK1 с обеспечиваемым T219 NDEL1 фосфорилированием, делает очевидным, что фосфорилирование с помощью CDK1 ингибирует дальнейшее фосфорилирование с помощью Aurora-A, подтверждая, что Aurora-A обусловленное фосфорилирование NiDELl является временным и может запускать вступление в профазу, что сопровождается деградацией и СDKl обусловленным фосфорилированием. Стойкое и одновременное фосфорилирование NDEL1 с помощью как Aurora-A, так и CDK1, по-видимому, является ингибирующим в отношении генерации нормального веретена и расхождения хромосом. Фосфорилирование NDEL1 с помощью СDK1 облегчает рекрутирование katanin p60 на центросому, чтобы запустить ремоделирование и укорочение микротрубочек (38). Фосфорилирование NDEL1 с помощью Aurora-A является важным для вступления в митоз для для разделения центросомы за счет рекрутирования TACC3 и XMAP215 на центросому (36), критическое событие для обеспечиваемого центросомой сборки MT при митозе. Эта скоординированная регуляция фосфорилирования NDEL1 с помощью двух митотических киназ подтверждает, что NDEL1 является центральным компонентом комплекса LIS1 для регуляции пролиферации и активности NDEL1 и LISl/dynein комплекса и по-видимому, тонко регулируется с помощью типичных путей сигнальной трансдукции (Fig. 3). Роль этих событий фосфорилирования во время миграции нейронов нуждается в дальнейшем исследовании.
Недавние структурные исследования подтвердили, что субъединицы PAF-AH конкурируют с NDEL1 за связывание LISl (39). Они установили структуру LIS1 в комплексе с a2/a2 PAF-AH гомодимером. Один LIS1 гомодимер соединяется симметрично с одним a2/a2 гомодимером посредством высоко законсервированных лицевых поверхностей LIS1 b propellers. Та же самая поверхность LIS 1 содержит сайты мутаций, вызывающи lissencephaly и перекрывается с предполагаемой поверхностью связывания dynein. NDEL1 конкурирует с а2/a2 гомодимером за LIS1 посредством сложного взаимодействия, которое нуждается как в N-, так и C-терминальных доменах LIS 1.

Functional studies of NDEL1 and NDE1


Исследования предыдущего раздела подтвердили, что NDEL1 играет критическую и центральную роль в обеспечении эффектов LISl. В соответствии с этим мнением мы получали нокдаунов Ndell (40). полная потеря Ndell приводит к ранней эмбриональной летальности, демонстрируя, что Ndell является важным геном. Исследования по RNAi нокдауну Ndell, Lisl или dynein были осуществлены с помощью in utero электропортации в развивающийся неокортекс (20). RNAi нокдаун по любому из этих трех генов нарушал позиционирование нейронов и обусловливал отсутствие связи между центросомой и ядром, как это наблюдалось в наших исследования с Lisl мутантами (18). Избыточная экспрессия LIS1 частично нормализовала дефект позиционирования, обусловленный Ndell RNAi, но не dynein RNAi, в то время как избыточная экспрессия NDEL1 не устраняла фенотипа, индуцируемого Lisl RNAi. Эти находки с NDEL1 находятся в контрасте с генетическим устранением LIS1-взаимодействующего белка NDE1 у мышей (41). Полная потеря Ndel дает жизнеспособных мышей с микроцефалией, особенно в коре головного мозга. Образование кортикальных слоев в основном сохранялось, но мутантный кортекс содержит меньше нейронов и очень тонкие поверхностные кортикальные слои (слои 2-4), с драматическими дефектами в ходе митозов, митотической ориентации и локализации митотических хромосом в кортикальных предшественниках. Небольшой кортекс головного мозга, по-видимому, отражает как уменьшение делений клеток предшественников, так и изменение судеб нейрональных клеток. Всё это предоставляет строгие доказательства, что взаимодействие NDEL1 и NDE1 с LIS1 особенно важно для организации микротрубочек, транслокации ядра, позиционирования и развития нейронов.

NDEL1 and 14-3-3e: a molecular explanation for Miller-Dieker syndrome


Для дальнейшего исследования потенциальных различий между ILS и MDS, мы исследовали функцию генов, делетированных у MDS, но не у ILS. Было установлено, что 14-3-3ε соединяется с P-NDEL1 (42), и что 14-3-3ε всегда делетирован у пациентов с MDS (43). Семейство генов 14-3-3 обнаружено во всех эукариотических клетках и известно 7 отдельных генов или изоформ, присутствующих в клетках млекопитающих (обозначаемых греческими буквами). Эти высоко законсервированные регуляторные молекулы соединяются с сиквенс-специфическими phosphoserine и phosphothreonine мотивами. Более партнеров по связыванию открыто для 14-3-3 белков, вызывающих в результате модуляцию сигнальной трансдукции, контроля клеточного цикла, апоптоза, стрессовых реакций, везикулярного транспорта и злокачественного перерождения (44). Были получены мыши, дефицитные по 14-3-3ε (42). Эти мыши обнаруживают дефекты развития головного мозга и миграции нейронов, сходные с таковыми у Lisl гетерозиготных мутантных мышей. 14-3-3ε+/- мыши обнаруживают легкую дезорганизацию в гиппокампе и истончение кортекса, которое более тяжелое у мышей 14-3-3ε-/-. Миграция нейронов также оценивалась с помощью BrdU анализа и было установлено, что подобно мутантным Lisl мышам, когда доза 14-3-3ε снижена, то скорость миграции нейронов также снижается. Двойные гетерозиготы по 14-3-3ε и Lisl имеют более тяжелые дефекты миграции как в коре, так и гиппокампе, по сравнению с одиночными гетерозиготами, это доказывает, что 14-3-3ε может быть ответственен за более тяжелую форму LIS, полную agyria, наблюдаемую при MDS. 14-3-3ε соединяется непосредственно с CDK5/p35-фосфорилированным NDEL1, и это соединение поддерживает фосфорилирование NDEL1 (Fig. 3). Т.к. NDEL1 соединяется также с регуляторной субъединицей PP2A фосфатазы (Fig. 3), то очень возможно, что связывание 14-3-3ε с P-NDEL1 защищает его от атаки фосфатаз. Подобно LIS1, редукция 14-3-38 приводит к неправильной локализации NDEL1 и LIS1, в соответствии со снижением функции цитоплазматического dynein. Эти результаты указывают на критическую роль 14-3-3ε в нейрональном развитии путем поддержания эффектов CDK5 фосфорилирования. Это также дает молекулярное объяснение различиям в тяжести дефектов миграции нейронов у людей с 17pl3.3 делециями, а именно у ILS и MDS. Кроме того, они помещают 14-3-3ε в путь LIS1.

Conclusions and future directions


The identification of LIS1 as the first lissence-phaly gene and the first gene required for neuronal migration has illustrated the importance of cytoplasmic dynein in the regulation of neuronal migration by modulating nuclear migration in a pathway conserved in virtually all eukaryotes. By examining the effect of reduction of LIS 1 either genetically or by RNAi knockdown, it is clear that LIS1 has a broader effect on proliferation and survival. Does LIS1 and its complex regulate distinct aspects of proliferation, migration and survival? Or is there a similarity between these cellular processes that LIS1 and its complex regulates? Although direct experiments have not been performed to address these questions, it is apparent that there is similarity between interkinetic nuclear migration and neuronal migration (Fig. 4). During interkinetic nuclear migration, the centrosome is at the apical surface and the nucleus is more basal. The nuclei move in a basal direction during Gl, and during G2 toward the apical surface, where they divide. The nucleus is surrounded by microtubules anchored at the centrosome. During neuronal migration, the migration of the nucleus takes place in a similar fashion, but reversed by 180°. The centrosome is ahead of the nucleus and is attached to the nucleus by microtubules. The centrosome moves forward into the leading process, followed by the nucleus that is tethered to the centrosome by microtubules. Interkinetic nuclear migration and neuronal (nuclear) migration both involved an oscillation in which the distance between the nucleus and centrosome lengthens and then contracts. As LIS1 and the dynein complex are essential for interkinetic nuclear migration and neuronal migration by coupling the centrosome to the nucleus, it is reasonable to hypothesize that both processes act in similar cell biological fashions. As the major difference between these processes is the position of the centrosome and nucleus relative to the apical surface, it is likely that apical-basal polarity is an important factor in controlling the position of the centrosome and the action of the LIS1 complex on nuclear-centrosomal coupling.
Сайт создан в системе uCoz