Нервы похожи на корни не только внешне. Оказывается, они растут, используя сходные механизмы. Сходство между аксонами нейронов и корневыми волосками растения арабидопсис показали ученые из Медицинского института Ховарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute) и Национального института неврологических болезней и инсульта (National Institute of Neurological Disorders and Stroke).
Команда американских нейрофизиологов искала причины тяжелого неврологического заболевания под названием наследственная спастическая параплегия. Болезнь поражает кортикоспинальные нейроны — самые длинные нервные клетки. Их длинные отростки — аксоны тянутся от коры головного мозга вдоль всего спинного мозга и контролируют движения нижних конечностей. Неправильное развитие этих аксонов или их дегенерация в течение жизни приводят к мышечному оцепенению и слабости в ногах. Болезнь принимает множество форм, и уже известно, что в ее развитии участвует более 40 генов.
Сеть для синтеза и транспортировки
Джуни Ху (Junjie Hu), Крейг Блэкстоун (Craig Blackstone) и их коллеги исследовали механизмы образования внутриклеточной структуры под названием эндоплазматический ретикулум (ЭР). Это система трубочек и полостей в цитоплазме клетки. Внутри трубочек синтезируются белки и липиды, которые транспортируются по всей клетке для различных целей. Среди этих веществ есть и те, которые обеспечивают рост аксона при его развитии или повреждении.
Формирование сложной сети ЭР находится под контролем нескольких белков. Непосредственно участвуют в этом белки ретикулоны и белки семейства DP1. Именно они обеспечивают трансформацию двойного липидного слоя мембраны в виде шпильки для образования трубочки. Но в этом процессе задействованы и другие вещества.
Ученые установили, что белок атластин — необходимый компонент формирования трубочек ЭР. Они использовали вытяжку из головного и спинного мозга крыс и антитела со специфическим окрашиванием на белки, чтобы показать взаимодействие молекул атластина с «трубочкообразующими» белками ретикулонами и белками семейства DP1.
Атластин необходим для того, чтобы трубочки ЭР могли ветвиться. Биологи установили, что недостаток или избыток атластина изменяет форму трубочек и, самое главное, характер их ветвления — возникали длинные неветвящиеся трубочки.
Биологи нашли, что белок концентрируется именно в трубочках ЭР, но не в плоских полостях. Именно с ним связано нарушение строения ЭР, что ведет к патологии аксонов и становится причиной параплегии. Когда ЭР утрачивает свое сложное ветвящееся строение, он становится не способным поддерживать рост аксонов.
У растений тоже есть свой белок-регулятор
ЭР — необходимая часть клеток не только животных, но и растений, и одноклеточных. Образуется он по таким же механизмам, да и контролируется сходными белками. Так, у дрожжей ученые нашли гомологичный атластину белок Sey1p, а у растений — белок RHD3.
Несколько лет назад другие исследователи на растении арабидопсис продемонстрировали, что RHD3 очень важен для правильного роста корневых волосков. Это выросты клеток поверхностной зоны корня, увеличивающие ее поглощающую способность. У растения, мутантного по этому гену, образуются короткие извилистые корневые волоски.
Джуни Ху и коллеги показали, что белок арабидопсиса RHD3 действует по тому же механизму, что и атластин млекопитающих. Он таким же образом участвует в формировании разветвленных трубочек ЭР.
Таким образом, разные белки у разных организмов играют одну и ту же роль в формировании ЭР. И последствия недостатка этих белков ведут в одном случае к дефекту роста корневых волосков, а в другом — к дефекту роста нервов.
Открывшие подобное сходство ученые предполагают, что арабидопсис мог бы стать удобной моделью для изучения параплегии. Если найти, какие вещества нормализуют рост корневых волосков у мутантов арабидопсиса, то можно указать путь для поиска средств лечения болезни.
Статья опубликована в журнале Cell.
