netrin - Netrin

Netrin 1 nakavt, fare beynindeki talamokortikal projeksiyon topografisini bozar. Powell ve diğerleri, 2008'den.

Netrinler , akson rehberliğinde yer alan bir protein sınıfıdır . Onlar adını taşır Sanskritçe kelime "NET ®", yollara "kılavuzlardan biri". Netrinler edilir genetik olarak korunmuş genelinde nematod solucanları , meyve sinekleri , kurbağalar , fareler ve insanlarda . Yapısal olarak netrin, hücre dışı matris proteini laminin'e benzer .

Netrinler kemotropiktir ; büyüyen bir akson ya daha yüksek bir netrin konsantrasyonuna doğru hareket eder veya ondan uzaklaşır. Akson rehberliğinin ayrıntılı mekanizması tam olarak anlaşılmasa da, netrin çekiminin UNC-40/DCC hücre yüzeyi reseptörleri aracılığıyla ve itmeye UNC-5 reseptörleri aracılığıyla aracılık edildiği bilinmektedir . Netrinler ayrıca büyüme faktörleri olarak hareket ederek hedef hücrelerde hücre büyüme aktivitelerini teşvik eder. Netrin eksikliği olan fareler, hipokampal komissür veya korpus kallozum oluşturamazlar .

Gelişmekte olan insan embriyolarının omurilik kolonundaki netrin aktivitesi için önerilen bir model , netrinlerin taban plakası tarafından salınması ve daha sonra gelişen spinal kolondaki nöronlara ait aksonların büyüme konilerine gömülü reseptör proteinleri tarafından alınmasıdır . Bu nöronların gövdeleri sabit kalırken, aksonlar netrinler tarafından tanımlanan bir yolu takip eder ve sonunda sinapslar geliştirerek embriyonik beyin içindeki nöronlara bağlanır . Araştırmalar, yeni aksonların netrinler veya ilgili kemotropik faktörler tarafından yönlendirilmek yerine önceden izlenen yolları takip etme eğiliminde olduğunu desteklemektedir.

keşif

Netrin ilk olarak 1990 yılında Caenorhabditis elegans nematodunda tanımlanmış ve standart C. elegans adlandırma protokolüne göre UNC-6 olarak adlandırılmıştır. UNC-6'nın ilk memeli homologu, omurilikteki kemirgen komissural aksonları için hayati bir rehberlik ipucu olduğu keşfedildiği 1994'te keşfedildi. 2009 itibariyle, beş memeli Netrin tespit edilmiştir. Netrinler 1, 3 ve 4 salgılanan proteinlerdir, oysa G1 ve G2, Glikofosfatidilinositol kuyrukları tarafından bağlanan zara bağlı proteinlerdir . Şimdiye kadar omurgasızlarda keşfedilen tüm netrinler salgılanmıştır.

netrinlere genel bakış

Netrin ailesi çoğunlukla iki işlevli sinyaller olarak hizmet eden salgılanan proteinlerden oluşur: beynin gelişimi sırasında bazı nöronları çekerken diğerlerini iter. Bilateral simetriye sahip tüm hayvanların orta hattında ifade edilirler ve nörogenez sırasında uzun veya kısa menzilli sinyaller olarak hareket edebilirler . Netrinler, işlevlerini yerine getirmek için, nöronları çekmeye mi yoksa itmeye mi çalıştıklarına bağlı olarak, DCC veya UNC-5 gibi spesifik reseptörlerle etkileşime girer .

Amino terminal ucunda laminin ile homolog olan birkaç alana sahip olan netrinlerin ikincil yapısında yüksek derecede koruma vardır. C-terminal alanı, türler arasında varyasyonun çoğunun bulunduğu yerdir ve hücre dışı matriste veya hücre yüzeyinde belirli proteinlerle etkileşime izin veren farklı amino asitler içerir. Yapı ve işlev açısından farklılıklar, netrin-1, netrin-3 ve netrins-G dahil olmak üzere birkaç farklı netrin türünün tanımlanmasına yol açmıştır.

Anahtar ağlar

Netrin-1 , omuriliğin ventral bölgesinin taban plakasında ve nöroepitelyal hücrelerinde ve ayrıca somatik mezoderm , pankreas ve kalp kası dahil olmak üzere sinir sistemindeki diğer yerlerde bulunur . Başlıca rolü, aksonal rehberlik, nöronal göç ve farklı dallanma yapılarının morfogenezindedir . Netrin-1 geninde mutasyon bulunan farelerin ön beyin ve omurilik komissural aksonlarında eksik olduğu gözlemlendi. Netrin-1 ve -3'ün kanser hücrelerinde özel bir ifadeye sahip olduğu açıklanmıştır.

Netrin-3 diğer netrinlerden farklıdır. Periferik sinir sisteminin gelişimi sırasında motor, duyusal ve sempatik nöronlarda ifade edilirken, merkezi sinir sisteminde çok sınırlıdır. Netrin-3 ile yapılan çalışmalar, netrin-1 ile karşılaştırıldığında DCC ile bağlanma yeteneğinin azaldığını fark etti. Bu, esas olarak diğer reseptörler aracılığıyla çalıştığını göstermektedir.

Netrins-G salgılanır ancak Glikofosfatidilinositol (GPI) yoluyla hücre zarının hücre dışı yüzeyine bağlı kalır . Bunlar gibi yerlerde, merkezi sinir sisteminde baskın olarak ifade edilmiştir talamus ve mitral hücreler arasında koku ampul . DCC veya UNC-5'e bağlanmazlar ve bunun yerine hücre içi transdüksiyon kaskadı ile sonuçlanan NGL-1 ligandına bağlanırlar. İki versiyon, netrin-G1 ve netrin-G2, sadece omurgalılarda bulunur. Beynin yapımını kolaylaştırmak için diğer netrinlerden bağımsız olarak evrimleştiklerine inanılmaktadır.

netrin reseptörleri

DCC ve UNC-5 proteinleri, netrin-1 yanıtlarına aracılık eder. UNC-5 proteini esas olarak sinyal itme ile ilgilidir. Cazibe ile ilişkili olan DCC, netrin-1 kaynağından uzakta olduğunda itme sinyallemesinde bir yardımcı faktör olarak da hizmet edebilir. DCC, merkezi sinir sisteminde yüksek oranda eksprese edilir ve epitel hücrelerinin bazal laminası ile ilişkilidir . Netrin-1'in yokluğunda, bu reseptörlerin apoptozu indüklediği bilinmektedir .

aksonal rehberlik

Embriyogenez sırasında gelişen aksonların ucunda yer alan büyüme konileri , göç sırasında aksonun uzamasından sorumludur . Uzama, çevredeki ortamda bulunan hem tropik hem de atropik faktörlere yanıt olarak meydana gelir. Netrinler, hem omurgalı hem de omurgasız organizmalarda çok önemli bir aksonal kılavuz protein olarak işlev gören aksonal hedef hücreler tarafından salgılanan böyle bir tropik faktördür. Fareler, sıçanlar, civcivler, nematod Caenorhabditis elegans , meyve sineği Drosophila melanogaster ve zebra balığı Danio rerio dahil olmak üzere birçok organizmada yapılan çalışmalar , salgılanan netrinlerin iki işlevli olduğunu, yani aksonal uzantıyı yönlendirmede cezbedici veya itici olarak hareket edebileceklerini göstermiştir. Ek olarak, birçok çalışma, netrinleri, kaynak hücrelerinin (aksonal hedef hücre) yakın veya uzak çevresinde hareket eden hem kısa hem de uzun menzilli ipuçları olarak nitelendirmiştir.

cazibe

Çalışmaları , merkezi sinir sistemi, piliç ve kemirgen modellerinde (MSS) geliştirilmesi özellikle önemli bir omurgalı aksonal yönlendirme işaret olarak Netrin-1 proteinini belirlemiştir. En önemlisi, embriyonik beynin ventral orta hattında yer alan taban plakasının özel hücrelerinin netrin-1 salgıladığı ve bunun da bir protein gradyanı ile sonuçlandığı gözlemlendi . Bu gradyan en çok ventral orta hatta yoğunlaşır ve siz dorsal olarak hareket ettikçe giderek yaygınlaşır. Netrin eksikliği olan farelerde yapılan ek araştırmalar, netrin , aksonal büyüme konisi üzerindeki Kolorektal Kanserde Silinmiş (DCC) reseptörü ile birleştiğinde, bir cezbedici tepkinin başlatıldığını buldu. Bu ayrıca, netrin-1 veya DCC'den yoksun farelerde ventral komissür (yani korpus kallozum ) gelişiminin gözlenmemesiyle de desteklenmiştir . C. elegans'ta keşfedilen netrin-1 homologu UNC-6 ile yapılan deneylerde benzer sonuçlar gözlemlendi . Kanıtlar, bu gradyanın, aksonların ventral orta hatta ilk çevresel göçünü yönlendirmede UNC-6'nın uzun menzilli işlevi için gerekli olduğunu ve UNC-40 reseptörünün çekici yanıta aracılık ettiğini göstermektedir. Ek aksonlar orta hatta ulaştıkça, UNC-6'nın zamansal ve uzamsal ifadesi giderek kısıtlanır, bu da aksonların daha genel bir dorsal-ventral kılavuzluğundan sonra, UNC-6'nın aksonları daha spesifik konumlara yönlendirmede daha fazla yer aldığını gösterir.

Son zamanlarda, bilim adamları, DCC'ye bağlanan netrin-1'in aksonal çekiciliği en az üç bağımsız sinyal yolu aracılığıyla motive ettiği birçok hücresel mekanizmayı tanımladılar. Her üç yolda da netrin-1'in, kemoatraksiyon kaskadını başlatan DCC'nin homodimerizasyonuna neden olduğu gözlenir . İlk yolda, fokal yapışma kinaz (FAK) DCC ile bağlantılı olup, hem de bağlama Netrin-1'in üzerine tirosin fosforilasyonunu geçmesi indükler toplanmasına ve fosforilasyon Src ve Fyn ikinci haberciler bir artışa yol hipotezi, Rac1 ve Cdc42 böylece büyüme konisi uzantısını destekler. İkinci bir muhtemel yolu olarak, indükler fosfolipaz C'ye fosforile DCC fosfatidilinositol taşıyıcı protein, α (PITP) bağlanır (PLC) oranını artırmak için , cAMP için cGMP . cGMP'ye göre cAMP'deki bu artış, L-tipi Ca2 + kanallarını ve ayrıca hücre dışı Ca2 + akışına neden olan geçici reseptör potansiyel kanallarını (TRPC'ler) aktive eder . Kanıtlar, bu artan kalsiyumun, tümü büyüme konisi uzantısını başlatabilen Rho GTPaz, Cdc42 Rac1 ve nükleer transkripsiyon faktörü NFAT'nin aktivasyonundan sorumlu olduğunu göstermektedir . Ek çalışmalar ayrıca DCC aşağı akış hedefleri NcK ve Wiskott-Aldrich sendromu proteini WASP arasındaki netrin kaynaklı sinyallemenin Rac1 ve Cdc42'yi ve ardından aksonal büyümeyi tetiklediğini göstermiştir.

İtme

Hem omurgalılarda DCC hem de C. elegans'ta UNC-40'ın netrin reseptörü Unc5 ile ilişkilendirildiğinde çekici olmaktan çok itici bir tepki başlattığı gösterilmiştir. Yukarıda tartışılan aynı ventral orta hat gradyanında, netrin-1 , troklear motor nöronların aksonları için bir kemorepelant görevi görür , böylece büyümelerini dorsal olarak (ventral orta hattan uzağa) yönlendirir. Embriyonik Xenopus omuriliğinde DCC'nin antikor inhibisyonu, in vitro olarak hem çekiciliği hem de itmeyi inhibe etti. Benzer şekilde, C. elegans unc-40 mutantlarında da çoklu kusurlar gözlendi ; bununla birlikte, göç modellerindeki hatalar, unc-5 genindeki mutasyonlardan daha derinden etkilenmiştir; bu, netrin-1 homologu UNC-6'nın tek başına UNC-5 reseptörüne bağlanmasının aksonal büyümeyi engelleyebileceğini gösterir. Hem omurgalı hem de omurgasız sistemlerinde, netrin konsantrasyonunun yüksek olduğu kısa menzilli kemorepülsiyon , esas olarak UNC-5 reseptörü aracılığıyla meydana geliyor gibi görünürken, daha yaygın konsantrasyonlarda uzun menzilli itici etkiler, DCC ( C'de UNC-40) arasında koordinasyon gerektirir . elegans ) ve UNC-5.

Şu anda, uzun menzilli kemorepulsiyonun, DCC/UNC-5 kompleksi ile netrin-1 etkileşimi üzerine Araşidonik asit yolunun başlatılmasını içerdiği varsayılmaktadır . Bu yol, cGMP sinyalini indükleyen ve ardından cAMP/cGMP oranında bir azalmaya neden olan 12-HPETE'nin (12-Hidroperoksi-5, 8, 10, 14-Eikosatetraenoik Asit) hücre içi seviyelerini arttırır. Bu oranın düşürülmesi, L-tipi kalsiyum kanalları (LCC) yoluyla kalsiyum iletkenliğini engeller ve sonuçta Ras homolog gen ailesi, üye A'nın (RhoA) olası bir aktivasyonuna rağmen büyüme konisi itmesi ile sonuçlanır . Kısa menzilli kemorepulsiyon için benzer bir RhoA aracılı mekanizma önerilmiştir, bu sayede netrin-1'in tek başına UNC-5 homodimerlerine bağlanması, sonuç olarak RhoA'yı aktive eden FAK ve Src gerektiren tirozin fosforilasyonunu indükler. Ek bir mekanizma, tirozin fosfataz Shp2'nin netrin-1/UNC-5 kompleksine bağlanmasının da RhoA yoluyla kemorepulsiyonu tetikleyebileceğini önermektedir.

Glial ve mezodermal rehberlik

Birçok çalışma, netrin-1 , UNC-40, UNC-6 ve UNC-5'in embriyogenez sırasında glia göçünde rol oynadığını göstermiştir . Drosophila melanogaster'daki göç aşaması sırasında , embriyonik periferik glia (ePG) UNC-5'i eksprese eder. UNC-5 nakavt organizmalarda, ePG ya göç ederken durur ya da göç edemez. C. elegans'taki UNC-6 sinyali , nöronlar üzerindeki UNC-40 reseptörü ile birleştiğinde, sinaptogenezi teşvik eder ve glial uç ayakları sinaps çevresinde toplar.

Nöronal rehberliğin dışındaki işlevler

Başlangıçta merkezi sinir sisteminde aksonal rehberlikle özel olarak ilgili olduğu anlaşılmış olsa da, yeni araştırmalar netrin'i kanser regülasyonu, nöral olmayan dokunun gelişimi ve oluşumu ve kanser ve diğer hastalıkların tespiti ile ilişkilendirmiştir.

Doku gelişimi ve düzenlenmesi

Netrin'in, sinir sistemi dışındaki dokuların gelişiminde ve olgunlaşmasında önemli bir rol oynadığı keşfedilmiştir. Nöral olmayan dokulardan bazıları akciğer, plasenta, damar sistemi, pankreas, kas ve meme bezi dokusunu içerir. Netrin , farklı organlarda gelişen hücre göçünü ve hücre yapışmasını kontrol ederek doku morfogenezine katkıda bulunur .

Gelişmekte olan meme bezlerinde, duktal ağın büyüyen uçları, luminal epitel hücreleri ve kapak hücrelerinden oluşan iki katmandan oluşur. Luminal hücre reseptörü olduğu bağlandığı, 1 netrin salgılayan neogenin (bir homologu DCC kap hücreleri üzerinde). Bu , meme bezlerinde terminal uç tomurcuklarının (TEB'ler) uygun morfogenezi için gerekli olan iki hücre tabakası arasında yapışmaya izin verir . Netrin 1 veya neogenini kodlayan genin kaybı, (TEB'lerin) yanlış oluşumuna yol açar, bu da netrin 1'in nöronal sistemlerde olduğu gibi bir kılavuz molekül olarak hareket etmekten ziyade meme dokusunda bir yapıştırıcı görevi gördüğünü düşündürür.

Embriyonik akciğerin morfogenezi sırasında, epitel hücreleri netrin 1 ve netrin 4'ü eksprese eder. Bu netrinler bazal membrandaki endoderm tomurcuklarını çevreler ve distal uç hücrelerin DCC ve UNC5B'yi eksprese etmesini önler. Bu, akciğerin normal gelişimine izin verir ve potansiyel olarak tehlikeli aşırı dallanma ve tomurcuklanmanın oluşmasını durdurur.

Olarak pankreas gelişme , netrin 1 epitel kanal sayısı olarak ifade edilir ve bazal zar lokalize. Netrin 1 , kollajen IV , fibronektin ve integral proteinler α6β4 ve α3β1 dahil olmak üzere hücre dışı matristeki çeşitli elementlerle birleşir. Hücre dışı matristeki bu elementler, epitel hücre yapışması ve göçünden sorumludur, bu da netrin 1'in embriyonik pankreastaki epitel hücrelerinin rehberliği ile ilişkili olduğunu düşündürür.

Netrin, vasküler ağların çoğalması için hayati bir molekül olarak gösterilmiştir. Birden fazla çalışma, netrinin bu dallanan damarlar üzerindeki farklı etkilerini bulmuştur. Vasküler dokudaki endotel uç hücreleri, nöronal dokuda bulunan büyüme konisine benzer özellikler gösterir. Çalışmalar, aynı endotelyal uç hücrelerinin, netrin 1'in bağlanabileceği ve anjiyogenezi inhibe ettiği UNC5B'yi de eksprese ettiğini keşfetti . Buna karşılık, birkaç çalışma, netrin-1'in aslında kan damarı dallanmasını desteklediğini göstermektedir. Bu araştırma ile birlikte, netrin 4'ün lenfatik vasküler sistemdeki büyümeden sorumlu olduğu bulunmuştur . Genel olarak, bu çalışmalar netrinin düzenleyici etkilerinin vasküler doku tipine bağlı olduğunu göstermektedir. Son zamanlarda, netrin plasentada anjiyogenez ile ilişkilendirilerek fetüsün hayatta kalması için hayati önem taşımaktadır. Bu bulgunun plasentadaki vasküler hastalığın gelecekteki tedavisinde etkileri vardır.

Yetişkinlerde, netrin, kök hücre hareketinin ve iltihabının düzenlenmesinde rol oynar . Netrin 1'in vücuttaki iltihaplı bölgelere lökosit göçünü engellediği bulunmuştur. Bu, netrinin yukarı regülasyonunun yaralı dokuyu aşırı inflamasyondan koruduğuna dair kanıt sağlar. Ayrıca yetişkin nöral progenitör hücre ve yetişkin omurilik progenitör hücrelerinin omurgaya göçü netrin 1'e bağlıdır. Bu kök hücrelerin inhibisyonunu veya çekiciliğini kontrol eden mekanizma hakkında çok az şey bilinmektedir.

Kanser regülasyonu ve hastalık belirteçleri

Çeşitli insan kanserlerinde, netrinin aşırı eksprese edildiği gösterilmiştir. Ayrıca, bu süreçte belirli reseptörlerin aşağı regüle edildiği de gösterilmiştir. Netrin reseptörleri DCC ve UNC5H, apoptotik düzenlemeden sorumludur . Netrin 1'in yokluğu apoptozdan sorumluyken, netrin 1'in varlığı apoptotik yolun inhibisyonuna yol açar . Bu yol benzersizdir ve kontrollü hücre ölümüne yol açan mitokondriyal ve ölüm reseptörü yollarından bağımsızdır . Bu, villusun üst kısmındaki daha yüksek doğal hücre ölüm seviyelerinin daha küçük bir netrin-1 gradyanı ile ilişkili olduğu insan kolon epitelinde gözlenmiştir. Bu, netrinin rolünü doku ölümü ve büyümesiyle ilişkilendirdi. Tümör baskılayıcı p53 , netrin-1'in ekspresyonundan sorumludur; bu, netrinin, p53'ün hücre döngüsünü düzenlediği yol olabileceği anlamına gelir . Netrin , hücre ölümünün düzenlenmesinde çok etkili olduğu için, netrin ( NTN1 ) kodlayan genin bir onkogen olduğu kabul edilir .

Netrin-1'in tümörlerde yukarı doğru düzenlendiği bulunduğundan, son araştırmalar netrin-1'i insan vücudunda kanserin başlangıcı için bir biyobelirteç olarak tanımlamaya çalıştı . Böbrek, karaciğer, prostat, beyin menenjiyomu, hipofiz adenomu, glioblastoma ve meme kanseri pozitif olan hastaların kan plazmasında netrinin normalin üzerinde seviyelerde bulunabileceği bulundu. Netrin-3, Neublastoma'da (bir pediatrik tümör) ve kötü bir hasta prognozu ile ilişkili olduğu küçük hücreli akciğer kanserinde (SCLC) spesifik olarak eksprese edilmiş gibi görünmektedir.

Netrin üzerinde devam eden araştırma

Netrin molekül ailesi ile ilgili hala cevaplanmamış birçok soru var. UNC-5'in omurgalı homologlarının kemorepulsiyonda oynadığı rol hala belirsizdir . Gelişim sırasında netrin ekspresyonu hakkında çok şey bilinmesine rağmen, beyinde sonraki gelişimde düzenlenmesi hakkında henüz çok az şey bilinmektedir. Netrin nakavt fareler, aksonal rehberlikte netrin'in birçok rolü hakkında öğrenilecek çok şey olduğunu göstermektedir.

Mevcut araştırmaların bir başka önemli çizgisi, kanser, miyokard enfarktüsü ve Alzheimer hastalığı dahil olmak üzere çeşitli hastalıkların tedavisi olarak netrin'i hedefliyor . Nöroblastomdan mustarip olan kuş ve fare model organizmalarda , malign tümörlerde netrin-1 otokrin döngüsüne müdahale etmek hücre ölümüne yol açar. Bu, gelecekteki denemelerden kaynaklanan olası alternatif tedavilere yol açabilir. Netrin-1'in aşağı regülasyonu ile ilgili benzer tedaviler, metastatik meme ve kolorektal kanserler için de araştırılmaktadır. Son çalışmalar ayrıca netrin'in NO gazı salarak kardiyoprotektif bir rol oynadığını göstermektedir . Farelerde netrin, Alzheimer hastalığında amiloid plaklarından sorumlu olan (Aβ) peptidinin düzenlenmesi ile de ilişkilendirilmiştir .

Ayrıca bakınız

Referanslar