Рили́н () — белок, содержащийся в мозге и в других тканях и органах тела человека и других животных. Этот гликопротеин выполняет множество функций, важнейшей из которых является регулировка миграции и позиционирования нервных стволовых клеток в период фетального и раннего послеродового развития, необходимая для нормального формирования коры и других структур головного мозга. Во взрослом мозге рилин регулирует позиционирование нейронов, образуемых в процессе взрослого нейрогенеза, а также вносит вклад в работу механизмов памяти и обучения, модулируя синаптическую пластичность, усиливая и поддерживая долговременную потенциацию Полнотекстовая статья в открытом доступе, стимулируя развитие дендритов и дендритных шипиков.
Название «рилин» происходит от английского глагола to reel — кружиться, вертеться, идти нетвёрдой походкой. Именно такая, «закрученная», неровная походка была отмечена у мышей с генетически обусловленным недостатком рилина. Острая нехватка белка ведет к нарушению миграции нейронов. Если ген, кодирующий синтез рилина, отключён полностью (гомозиготный генотип), наблюдается инверсия слоев коры головного мозга. При гетерозиготном генотипе нарушения мозга у мышей менее заметны, однако напоминают нарушения человеческого мозга при психотических расстройствах. У людей генетически обусловленное отсутствие рилина приводит к лиссэнцефалии, тяжелой умственной отсталости и эпилепсии. Значительный недостаток рилина наблюдается при посмертных исследованиях мозга людей, которым при жизни были поставлены диагнозы шизофрении и биполярного расстройства, однако следует отметить возможное воздействие медикаментов. Есть данные о возможной связи полиморфизмов гена RELN с шизофрениейGene Overview of All Published Schizophrenia-Association Studies for RELN , «Обзор публикаций по ассоциации гена RELN с шизофренией», база данных Schizophrenia Gene и болезнью Альцгеймера.
История открытия и исследований
Исследование мышей-мутантов позволило ученым заглянуть в глубинные механизмы развития центральной нервной системы. Идентификацией спонтанных мутаций у мышей впервые занялись нейрофизиологи, исследовавшие моторное поведение. Обнаружить нужных мышей в помёте было относительно легко: мутанты не были способны нормально передвигаться по клетке. Было найдено несколько подобных мышей, получивших имена в соответствии с характером нарушений моторики — reeler («крутящийся»), weaver («качающийся»), lurcher («кренящийся»), nervous («нервный»), и staggerer(«пошатывающийся»).
Мышь, названная reeler, была впервые описана в 1951 году британским генетиком Дугласом Скоттом Фальконером. В 1960-е годы было обнаружено, что мозжечок у этих мышей намного меньше нормы, к тому же нарушена нормальная организация нейрональных слоёв. Мутация особенно заинтересовала исследователей после того, как было обнаружено, что слои нейронов у мышей выстраиваются «наоборот»: более молодые нейроны были не состоянии преодолеть слои уже «осевших» на своем уровне клеток.
В 1994 году положение гена было уточнено с помощью инсерционного мутагенеза, что позволило в 1995 году обнаружить ген RELN, располагающийся на хромосоме 7q22. В том же году японскими учеными из медицинской школы города Коти было успешно создано первое моноклональное антитело к рилину, названное CR-50. Они отметили, что клетки Кахаля — Ретциуса, функция которых к тому времени была неизвестна, демонстрировали особенно сильную реакцию на CR-50.
Клеточные рецепторы, реагирующие на рилин, апоЕ-рецептор 2 (apolipoprotein E receptor 2, apoER2) и рецептор липопротеинов очень низкой плотности (very-low-density lipoprotein receptor, VLDLR), были обнаружены случайно в ходе эксперимента, проводимого Тромсдорфом и коллегами в 1997 году. У использованных в эксперименте мутантов, так называемых «нокаутных» мышей с отсутствующими рецепторами apoER2 и VLDLR, обнаружились дефекты в строении коры головного мозга, идентичные дефектам мыши reeler.
С целью глубже изучить механизм сигнального пути белка рилина и найти остальные его элементы, ученые использовали два других типа мутантных мышей — yotari и scrambler. Эти мыши по фенотипу схожи с мышью reeler, но сам ген RELN, кодирующий белок рилин, у них нормален. Исследования этих мутантов выявили нарушения в гене DAB1, который кодирует одноимённый протеин. Мыши yotari, как оказалось, были лишены белка Dab1 полностью, а у мышей scrambler его удавалось обнаружить с трудом. Целенаправленное разрушение гена DAB1 также вызывало фенотип, аналогичный фенотипу мыши reeler. Определение того, что именно DAB1 является ключевым регулятором сигнального каскада рилина, положило начало доскональному изучению его сложных внутриклеточных взаимодействий.
Открытие возможной связи рилина с шизофренией и биполярным расстройством, болезнью Альцгеймера и аутизмом, другими дисфункциями, а также перспектива раскрытия механизмов, обусловивших возникновение сложно организованного человеческого мозга, привели к активному исследованию белка и его сигнальных взаимодействий. К началу второго десятилетия после открытия гена RELN, число научных статей о рилине исчислялось сотнями,Поиск по строке «reelin» в названиях научных статей — Google Scholar а в 2008 году был опубликован сборник, многочисленные авторы которого рассматривают различные структурные и функциональные особенности рилина в норме и при патологиях.
Секреция и локализация белка
Рилин является секретируемым элементом внеклеточного матрикса. Скорость секреции рилина связана со скоростью его производства и не зависит от деполяризации мембраны. Рилин обнаруживается в секреторных гранулах аппарата Гольджи и отсутствует в синаптических пузырьках, что характерно для белков внеклеточного матрикса.
В период развития мозга рилин в коре головного мозга и гиппокампе синтезируется клетками Кахаля — Ретциуса, а также клетками Кахаля и клетками Ретциуса. Рилин-производящие клетки в пренатальном и раннем постнатальном мозге преимущественно размещаются в маргинальной зоне () коры и во временном субпиальном гранулярном слое (), наиболее развитом у человека, а в гиппокампе — в слое stratum lacunosum-moleculare и верхнем маргинальном слое зубчатой извилины.
В мозжечке рилин производится во внешнем слое гранулярных клеток перед миграцией гранулярных клеток во внутренний слой.
В целом в постнатальном периоде происходит переход от послойной к диффузной экспрессии рилина. Во взрослом мозге белок синтезируется корковыми ГАМК-ергическими интернейронами, экспрессирующими калретинин и калбиндин, такими как клетки Мартинотти. Парвальбумин-содержащие ГАМКергические интернейроны, такие как канделяберные и корзинчатые клетки, никогда не производят рилин либо делают это крайне редко. В мозжечке у взрослых рилин производится глутаматергическими гранулярными нейронами внутреннего слоя. Некоторые из немногочисленных нейронов, расположенных в толще белого вещества, также синтезируют рилин.
За пределами мозга рилин у взрослых млекопитающих обнаруживается в крови, печени, средней доле гипофиза и хромаффинных клетках надпочечников. В печени рилин был обнаружен в клетках Ито. При повреждении печени уровень мРНК белка резко повышается и снижается по завершении процесса восстановления.
В глазах рилин вырабатывается в слое ганглионарных клеток сетчатки и эндотелиальном слое роговицы. Как и в печени, экспрессия белка повышается при повреждениях.
Рилин производится также одонтобластами, клетками, расположенными на периферии зубной пульпы. Белок обнаруживается здесь как в процессе одонтогенеза, так и во взрослом зубе. Как предполагают некоторые авторы, одонтобласты являются сенсорными клетками, способными передавать болевые сигналы нервным окончаниям. Согласно их гипотезе, рилин играет роль в этом процессе, так как он может способствовать установлению контакта одонтобластов с нервными терминалями.
Структура белка
Рилин состоит из 3461 аминокислот и имеет относительную молекулярную массу 388 кДа. В мышином гене RELN 65 экзонов, простирающихся примерно на 450 kb. N-терминальные экзоны разделены большими интронами, остальные расположены ближе друг к другу. Один экзон, кодирующий всего две аминокислоты рядом с C-окончанием, подвержен альтернативному сплайсингу, но неясно, как это отражается на функции белка. В структуре гена идентифицированы два основных сайта инициации транскрипции и два участка полиаденилирования.
Молекула белка начинается сигнальным пептидом длиной в 27 аминокислотных остатков. Затем следует участок, по строению схожий с белком внеклеточной матрицы F-спондином (на схеме отмечен как SP, аминокислотные остатки 28—190). Затем — уникальный для рилина участок (сегмент H на схеме), после которого идут подряд 8 участков похожей структуры, так называемые «рилиновые повторы», длиной примерно 350 аминокислот каждый. В центре каждого повтора располагается EGF-подобное включение, делящее повтор на два субповтора, A и B, структура которых имеет мало общего. Несмотря на разделение, эти субповторы контактируют друг с другом, что придает компактность общей структуре рилина. Последним идёт короткий участок длиной в 32 аминокислоты, богатый основными остатками (; отмечен на схеме знаком «плюс»). Этот участок отличается высокой эволюционной консервативностью: он на 100 % идентичен у всех млекопитающих с установленной структурой гена RELN. Ранее считалось, что этот участок необходим для выделения белка из клетки, так как секреция рилина нарушена у мыши reeler подтипа Orleans, вырабатывающей неполный белок — без части 8-го повтора и без CTR. Было установлено, что секреция нарушается в первую очередь из-за отсечения белка посередине любого из повторов, а чистое отсечение CTR приводит лишь к снижению секреции.
В организме рилин подвергается процессингу и разделяется на три части. Позиции разделения находятся приблизительно между 2 и 3 рилиновым повтором и между повторами 6 и 7 (на схеме отмечены стрелками). Расщепление рилина не снижает его активности, напротив, оно может быть необходимо для правильного кортикогенеза. Конструкции, образованные центральными сегментами белка (повторы 3—6) эффективно связываются с липопротеиновыми рецепторами, вызывают последующее фосфорилирование DAB1 и способствуют развитию кортикальной пластинки так же, как и целый белок.
Эпитопы рилина, взаимодействующие с антителами 142, G-10, CR-50, 12 и 14, также помечены на схеме.
Функции белка и механизм его действия Наиболее важная предполагаемая роль рилина — участие в регулировании правильного построения слоев мозга, позиционирования клеток и образования связей в пренатальном периоде развития. Однако белок задействован во множестве других, ещё не изученных, процессов.
Функции белка
Выявление всех функций белка осложнено предполагаемым многообразием его ролей и широкой распространённостью в организме. Можно условно разделить сферы действия белка по двум показателям — временному (стадия развития организма) и пространственному (локализация в организме).
На ранних периодах развития экспрессия рилина временно обнаруживается во множестве развивающихся органов за пределами центральной нервной системы, исчезая по завершении их формирования. Роль белка в этих процессах изучена недостаточно, так как нарушение выработки рилина у нокаутных мышей-мутантов не приводит к явным патологиям этих органов. Во взрослом организме, присутствие рилина отмечается в меньшем количестве органов, причём всплеск активности белка зачастую наблюдается при повреждении органа. Точная функция рилина и в этих случаях продолжает оставаться объектом научных исследований.