Формирование социальных сетей нейронов

Белки тенеурин, латрофилин и FLRT удерживают вместе и сближают соседние нейроны, обеспечивая образование синапсов и обмен информацией между клетками. Однако на ранней стадии развития мозга взаимодействие тех же белков приводит к отталкиванию мигрирующих нервных клеток, как показали исследователи из Института нейробиологии Макса Планка и Оксфордского университета. Подробное понимание молекулярных механизмов навигации клеток мозга стало возможным благодаря структурному анализу белкового комплекса.

Прочно закреплённые на поверхности нервных клеток белки тенеурин и FLRT ищут свой партнёрский белок — латрофилин — на других нейронах. Когда три белка вступают в контакт, они соединяются и удерживают мембраны вместе. Затем они запускают пока ещё малоизученные сигнальные каскады и тем самым способствуют образованию синапса в этом месте.

Известно, что тенеурин и его белки-партнёры устанавливают эти важные клеточные контакты в мозге. Тенеурин также является эволюционно очень древним белком, родственные белки которого обнаружены у самых разных организмов — от бактерий до червей, плодовых мух и позвоночных. Однако роль этих белков во время развития мозга, когда нейроны ещё не образуют синапсы, оставалась неизвестной.

Изучение функции белкового комплекса

Международная команда исследователей детально изучила структуру белкового комплекса тенеурин-латрофилин. С помощью высокоразрешающей рентгеновской кристаллографии им наконец удалось узнать больше о его функции в раннем развитии мозга.

Структурный анализ и последующее моделирование связывания FLRT позволили исследователям идентифицировать сайты связывания, где соединяются три белка. Внося минимальные изменения, учёные могли нарушать эти сайты связывания. В результате поведение миграции эмбриональных нейронов в мозге мышей изменилось.

Во время развития мозга эмбриональные нейроны мигрируют в «свою» область мозга. Как теперь показали исследования, три белка помогают направлять клетки к месту назначения. «Удивительно, но это происходит не за счёт притяжения, как при образовании синапсов, а за счёт отталкивания клеток», — объясняет Рюдигер Кляйн из Института нейробиологии Макса Планка. «Эта функция была совершенно новой и неожиданной», — добавляет Елена Сейрадаке из Оксфордского университета.

Разные реакции

Эмбриональные нейроны часто имеют только тело клетки и короткие выросты, называемые нейритами. Когда тенеурин и FLRT на этих структурах связываются с латрофилином, клетки отталкиваются друг от друга. В результате мигрирующие клетки частично теряют сцепление и продвигаются медленнее. Таким образом направляемые, клетки достигают своей целевой области мозга в нужное время, где созревают и образуют длинный аксон.

Однако на поверхности такого аксона тенеурин и FLRT при встрече с латрофилином больше не вызывают реакции отталкивания. Здесь и сейчас белки стягивают клетки вместе, индуцируют образование синапсов и в конечном итоге приводят к сборке сетей взаимодействующих нейронов. «Таким образом, одни и те же белки приводят к совершенно разным реакциям — в зависимости от их расположения на клетке», — резюмирует результаты Елена Сейрадаке.

«Теперь у нас есть идеальные условия для изучения дальнейших взаимодействий белков во время развития мозга», — объясняет Рюдигер Кляйн. В своих предыдущих исследованиях учёные смогли показать, что FLRT влияет как на миграционное поведение молодых нервных клеток, так и на образование складок на поверхности мозга посредством взаимодействий со своими собственными партнёрами по связыванию. «Будет интересно посмотреть, участвуют ли и как тенеурин и латрофилин в этих взаимодействиях», — говорит Кляйн.