Белок Matrin-3 определяет судьбу нейральных стволовых клеток при развитии мозга

Исследовательская группа из Университета Кумамото (Япония) обнаружила новый нейрогенный механизм, ответственный за развитие мозга. Применив собственную технологию для обнаружения следовых количеств белков в живых организмах, они выяснили, что новый белок Matrin-3 отвечает за определение судьбы нейральных стволовых клеток. Дефицит этого белка вызывает нарушение дифференцировки нейральных стволовых клеток в нейроны, что приводит к коллапсу слоистой структуры мозга. Ясно, что Matrin-3 важен для поддержания нейральных стволовых клеток в процессе развития мозга.

Нейральные стволовые клетки обладают способностью дифференцироваться в различные типы нервных клеток (плюрипотентность) и могут автономно реплицироваться в недифференцированном состоянии. На эмбриональной стадии у млекопитающих они дифференцируются в основные нервные клетки, такие как нейроны и астроциты, из которых состоит мозг. Их регуляция осуществляется комбинациями множественных сигнальных путей, генов и транскрипционных факторов. Однако молекулярные механизмы, определяющие их судьбу, изучены плохо.

Группа попыталась найти молекулу, контролирующую судьбу нейральных стволовых клеток, в частности, транскрипционный фактор, регулирующий гены с крайне низкой экспрессией. Для обнаружения фосфорилирования — механизма, меняющего действие белка путём добавления фосфатной молекулы, — in vivo в следовых количествах в ядре клетки, исследователи использовали собственную ранее разработанную технологию. С её помощью был обнаружен новый ядерный фосфопротеин Matrin-3, ответственный за определение судьбы нейральных стволовых клеток.

Ключевые результаты:

• При добавлении фактора роста фибробластов (FGF2) к недифференцированным нейральным стволовым клеткам, взятым из мозга эмбриона мыши, экспрессия и фосфорилирование Matrin-3 значительно усиливались.
• Matrin-3 был высоко экспрессирован и фосфорилирован в областях мозга эмбриона мыши, богатых нейральными стволовыми клетками.
• In vitro эксперименты показали, что дефицит Matrin-3 заставляет нейральные стволовые клетки удлиняться и дифференцироваться в нейроны.
• In vivo эксперименты выявили коллапс слоистой структуры эмбрионального мозга (свойственной коре больших полушарий) при дефиците белка.
• Для поддержания недифференцированного состояния нейральных стволовых клеток определённый сайт (остаток серина в позиции 208) в аминокислотной последовательности Matrin-3 должен быть фосфорилирован специфическим ферментом (ATM киназой).

«Недавние исследования показали, что мутация гена Matrin-3 вызывает семейный боковой амиотрофический склероз (семейный БАС), — говорит руководитель исследования доцент Канако Ниимори-Кита. — Считается, что генетическая мутация Matrin-3 вызывает дисфункцию факторов, регулирующих нейрональную дифференцировку, нарушает сигнальную трансдукцию и, следовательно, нормальное развитие мозга. Результаты нашего исследования могут дать важные ключи для выяснения механизмов семейного БАС».