Штауфен-2 позволяет нервным клеткам оставаться в форме

Нервные клетки сохраняют и передают информацию с помощью специализированных зон контакта, так называемых синапсов. Синапсы играют важную роль в процессе сортировки запоминаемой и забываемой нами информации. Во время обучения или запоминания структура и функциональное состояние синапсов меняются. Только сейчас ученые начинают понемногу разбираться в молекулярных процессах, вызывающих эти изменения. Исследователи института биологии развития им. Макса Планка (Тюбинген, Германия) под руководством Михаэля Киблера (Michael Kiebler) идентифицировали белок, необходимый для полноценного функционирования синапсов. Удаление этого белка, получившего название штауфен-2 (Staufen 2), из нейронов приводит к разрушению большинства синапсов. Кроме того, процессы передачи информации в оставшихся зонах контакта значительно затрудняются.

Белки семейства штауфен участвуют в переносе информационных РНК (иРНК) в определенные зоны клетки. Нарушение структуры и функционирования синапсов в результате отсутствия белка штауфен-2 свидетельствует о важности транспорта иРНК в области синапсов.


Сигналы поступают в нейрон через ответвления клетки – дендриты. Входящая информация поступает в тело клетки и передается дальше по аксону – длинному отростку нейрона. Контакты между нервными клетками осуществляются через высокоспециализированные зоны – синапсы, в которых информация не только пассивно передается из клетки в клетку, но также, в зависимости от обстоятельств, может обрабатываться и сохраняться в виде воспоминаний.

Синапс состоит из двух частей: одна представляет собой участок поверхности аксона клетки, посылающей информацию, другая – дендрита принимающего нейрона. Оба участка содержат набор специфичных молекул, не содержащихся ни в каких других частях клетки. Поступление входящих сигналов меняет структуру и характеристики синапсов. Изменения дендритной части синапса может происходить только в ответ на продукцию в синапсе определенных протеинов. Их синтез может происходить только при условии появления в области синапса кодирующих необходимую информацию иРНК. иРНК должны распознаваться специальными РНК-связывающими белками и только после этого транспортироваться в область синапса, который может располагаться на значительном расстоянии от тела клетки. Идентифицированный исследователями белок штауфен-2 принимает непосредственное участие в этом процессе.

Бернард Гетце (Bernhard Goetze) и Паоло Маччи (Paolo Macchi) впервые продемонстрировали важность белка штауфен-2 в поддержании нормального состояния синапсов. В результате последовательного нокаутирования генов, кодирующих различные белки нервных клеток, и изучения последствий они установили, что отсутствие в нейронах белка штауфен-2 приводило к серьезным нарушениям архитектуры синапсов. Вместо обычного количества грибоподобных дендритных шипиков происходило формирование тонких выростов, по форме напоминающих незрелые синапсы.
Результат более детального анализа актинового цитоскелета клеток дал возможность предположить, чем вызваны изменения структуры синапсов. Актин является основным белком, формирующим структуру зон контакта нервных клеток. Бесформенные синапсы, формирующиеся в отсутствие белка штауфен-2, содержат значительно меньше актиновых волокон, чем нормальные структуры. Актиновые иРНК обычно транспортируются в область синапса, а последующая трансляция и синтез белка происходят непосредственно там. В условиях отсутствия белка штауфен-2 в синапсы поступает меньшее количество иРНК, чем и объясняется отсутствие у них выраженной структуры.



На рисунке принимающие информацию области синапсов (дендритные шипики) помечены специальным красителем, что обеспечивает их визуализацию.
Вверху – дендриты нормальных клеток. Внизу – дендриты генетически модифицированных клеток, не содержащих штауфен-2.

Чтобы изучить способность штауфен-2-дефицитных клеток передавать сигналы, исследователи совместно с группой Штефана Боема (Stefan Boehm) из Венского медицинского университета проводили измерения индивидуальной электрической активности синапсов. Как они и ожидали, синапсы клеток, не способных к синтезу штауфена-2, не могли осуществлять полноценную передачу информации. Это послужило доказательством необходимости этого белка для формирования клеткой функционально полноценных синапсов.

Таким образом, немецкие ученые описали первую концепцию связи между молекулярными процессами, происходящими в принимающих информацию нервных клетках, и изменениями структуры и функций формируемых ими синапсов. Это первый шаг на пути к пониманию молекулярных механизмов, лежащих в основе способности мозга к запоминанию и обучению. А это, в свою очередь, может помочь нам корректировать патологические состояния, связанные с нарушениями познавательных функций мозга.

Статья Goetze B. et al. «The brain-specific double-stranded RNA binding protein Staufen2 is required for dendritic spine morphogenesis» опубликована в Journal of Cell Biology за 17 января 2006 года.

Интернет-журнал "Коммерческая биотехнология" http://www.cbio.ru/