Интегрин

Jul 28, 2023

Биология связи, том 6, Номер статьи: 680 (2023) Цитировать эту статью

709 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Аксоны ганглиозных клеток сетчатки (RGC) сходятся на диске зрительного нерва, образуя зрительный нерв. Однако механизм конвергенции аксонов RGC остается неясным. В эмбриональной сетчатке существует электрическое поле (ЭП), и это ЭП сходится на будущем диске зрительного нерва. In vitro было продемонстрировано, что EF ориентируют аксоны к катоду. Здесь я показываю, что EF направляет аксоны RGC через интегрин внеклеточным Ca2+-зависимым образом. Катодный рост аксонов RGC эмбриональных кур, которые экспрессируют интегрин α6β1, усиливался моноклональными антителами против куриного интегрина β1. Mn2+ устранял эти эффекты EF, поскольку Mn2+ занимает Ca2+-зависимый негативный регуляторный сайт в субъединице β1, устраняя ингибирование Ca2+. Настоящее исследование предлагает модель управления электрическими аксонами, опосредованную интегринами, которая включает направленные движения Ca2+ и асимметричную стабилизацию микротрубочек. Поскольку нейроэпителиальные клетки генерируют EF во время нейрогенеза, наведение электрических аксонов может в первую очередь использоваться в развитии центральной нервной системы.

Во время развития центральной нервной системы (ЦНС), включая сетчатку, первичные нейроны расширяют перемещающиеся на большие расстояния аксоны, такие как комиссуральные аксоны и зрительные нервы, хотя направляющий сигнал для этих длинных первых аксонов остается неизвестным. В настоящее время преобладает мнение, что конусы роста обнаруживают градиенты концентрации хемоаттрактантов дальнего действия. Однако сами по себе градиенты вряд ли смогут обеспечить высокую точность определения направления из-за фундаментальных физических ограничений на определение градиента1. Фактически, первоначально предполагалось, что нетрин является диффундирующим хемоаттрактантом дальнего действия для комиссуральных аксонов, но более поздние исследования показали, что он действует локально, способствуя адгезии конусов роста в головном и спинном мозге2 или в качестве сигнала ближнего действия на диске зрительного нерва3 .

Растущие аксоны направляются не только химическими сигналами, но и электрическими полями (ЭП) в процессе, называемом гальванотропизмом4. Первые экспериментальные доказательства этого явления были получены более столетия назад, в 19205 году, после изобретения техники культуры тканей6. Однако физиологическая значимость управления электрическими аксонами остается спорной по двум причинам: (1) поскольку доказательства его важности in vivo скудны и (2) потому что молекулярные механизмы несколько неясны.

Сетчатка является подходящей моделью для изучения развития ЦНС. В сетчатке эмбрионального цыпленка существует внеклеточный градиент напряжения, который генерируется за счет транспорта натрия в нейроэпителиальных клетках7,8. Этот EF сходится на будущем диске зрительного нерва и важен для правильной ориентации аксонов RGC7. Таким образом, появилась возможность того, что EF действует как направляющий сигнал для аксонов RGC. Эта возможность была рассмотрена в настоящем исследовании на сетчатке эмбрионального цыпленка. Молекулярные механизмы изучались также на основе следующих соображений.

ЭП вызывает направленное движение ионов во внеклеточном пространстве. Эти ионные движения могут быть сигналом направления, поскольку ионы, перемещаемые EF, по-разному сталкиваются с молекулами клеточной поверхности на анодной и катодной сторонах аксона. Движущиеся ионы могут асимметрично регулировать молекулы клеточной поверхности, что запускает управление аксонами. В качестве молекулы-кандидата на эту роль интегрин рассматривался по следующим причинам: (1) аксоны RGC эмбрионального цыпленка экспрессируют интегрин α6β19, (2) сродство интегрина к лиганду внеклеточного матрикса (ECM) динамически регулируется внеклеточным Ca2+ в диапазон физиологических концентраций10,11, (3) потеря интегрина приводит к дезорганизации аксонов RGC12, (4) интегрин опосредует EF-индуцированную направленную миграцию клеток13,14,15,16 и (5) снижение внеклеточного Ca2+ действует как ориентир для опосредованной интегрином миграции клеток во время заживления ран17. Настоящее исследование демонстрирует, что EF ориентирует аксоны RGC через интегрин, и предлагает Ca2+-зависимую модель управления аксонами. Обсуждается роль ЭФ в развитии ЦНС.