Рилін

Рилі́н () — білок, який кодується геном RELN, розташованим у людини на довгому плечі 7-ї хромосоми. Довжина поліпептидного ланцюга білка становить 3 460 амінокислот, а молекулярна маса — 388 388. Рилін міститься у мозку та в інших тканинах і органах тіла людини та тварин. Цей глікопротеїн виконує багато функцій, найважливішою з яких є регулювання міграції та позиціонування нервових стовбурових клітин у період фетального і раннього післяпологового розвитку, необхідне для нормального формування кори та інших структур головного мозку. У дорослому мозку рилін регулює позиціонування нейронів, які утворюються у процесі дорослого нейрогенезу, а також дає внесок у роботу механізмів пам'яті та навчання, модулює синаптичну пластичність, посилює та підтримує довготривалу потенціацію,Weeber, E. J., U. Beffert, C. Jones, J. M. Christian, E. Forster, J. D. Sweatt, and J. Herz. 2002. Reelin and ApoE receptors cooperate to enhance hippocampal synaptic plasticity and learning. J. Biol. Chem. 277:39944-39952. PMID 12167620D'Arcangelo G. (2005) Apoer2: a reelin receptor to remember. Neuron. 47(4):471-3. PMID 16102527 Повнотекстова стаття в вільному доступі що стимулює розвиток дендритівNiu S, Renfro A, Quattrocchi CC, Sheldon M, D'Arcangelo G. (2004) Reelin promotes hippocampal dendrite development through the VLDLR/ApoER2-Dab1 pathway. Neuron. 2004 Jan 8;41(1):71-84. PMID 14715136.

Цей білок за функціями належить до серинових протеаз, білків розвитку. Білок клітинної адгезії, має сайти зв'язування з іонами цинку та кальцію, локалізований у позаклітинному матриксі.

Загальна характеристика Термін «рилін» походить від  — «крутитися», «вертітися», «йти нетвердою ходою». Саме така, «закручена», нерівна хода була помічена у мишей з генетично зумовленою нестачею риліну. Гостра нестача білка призводить до порушення міграції нейронів. Якщо ген, який кодує синтез риліну, виключено повністю (гомозиготний генотип), спостерігається інверсія шарів кори головного мозку. При гетерозиготному генотипі, порушення мозку у мишей менш помітні, але нагадують порушення мозку людини при психотичних розладах. У людини генетично зумовлена відсутність риліну приводить до лісенціфалії, важкої розумової відсталості та епілепсії. Значна нестача риліну у людини спостерігається при шизофренії та біполярному розладі, але слід відзначити ймовірну дію медикаментів. Є дані про ймовірні зв'язки поліморфізмів гена RELN з шизофренієюGene Overview of All Published Schizophrenia-Association Studies for RELN , «Огляд публікацій щодо асоціації гена RELN с шизофренією», база даних Schizophrenia Gene та хворобою Альцгеймера.

Історія відкриття і дослідження

Дослідження мишей-мутантів дозволило ученим заглянути в глибинні механізми розвитку центральної нервової системи. Ідентифікацією спонтанних мутацій у мишей вперше зайнялися нейрофізіологи, що досліджували моторну поведінку. Виявити потрібних мишей у поносі було відносне легко: мутанти не були здатні нормально пересуватися у клітці. Було знайдено кілька подібних мишей, що отримали назви відповідно до характеру порушень моторики: reeler («той, що крутиться»), weaver («той, що коливається»), lurcher («той, що перехиляється»), nervous («нервовий»), і staggerer («той, що похитується»).

Миша, названа reeler, була вперше описана в 1951 році британським генетиком Дугласом Скоттом ФальконеромFalconer DS (1951) 2 new mutants, trembler and reeler, with neurological actions in the house mouse (mus-musculus l). Journal of Genetics 50 (2): 192—201 . У 1960-ті роки було виявлено, що мозочок у цих мишей набагато менший від норми, до того ж порушена нормальна організація нейрональних шарівHamburgh M. (1963) Analysis of the postnatal developmental effects of «reeler», a neurological mutation in mice. A study in developmental genetics. Dev Biol. 19:165-85. PMID 14069672. Мутація особливо зацікавила дослідників після того, як було виявлено, що шари нейронів у мишей вистроюються «навпаки»: молодші нейрони були нездатні подолати шари клітин, що вже «осіли» на своєму рівніCaviness VS Jr. (1976) Patterns of cell and fiber distribution in the neocortex of the reeler mutant mouse. J Comp Neurol. 170(4):435-47. PMID 1002868.

У 1995 році Ґабріеле Д'Арканджело і її колегам вдалося виявити ген RELN (що кодує білок рилін), розташований на хромосомі 7q22D'Arcangelo G, Miao GG, Chen SC, Soares HD, Morgan JI, Curran T (1995) A protein related to extracellular matrix proteins deleted in the mouse mutant reeler. Nature 374: 719—723. PMID 7715726. В тому ж році японськими ученими з медичної школи міста Коті було успішно створено перше моноклональне антитіло до риліну, назване CR-50Ogawa M, Miyata T, Nakajima K, Yagyu K, Seike M, Ikenaka K, Yamamoto H, Mikoshiba K. (1995) The reeler gene-associated antigen on Cajal-Retzius neurons is а crucial molecule for laminar organization of cortical neurons. Neuron. 14(5):899-912. PMID 7748558. Вони відзначили, що клітини Кахаля-Ретціуса, функція яких на той час була невідома, демонстрували особливо сильну реакцію на CR-50.

Клітинні рецептори, що реагують на рилін, апоЕ-рецептор 2 (apolipoprotein E receptor 2, apoER2) і рецептор ліпопротеїнів дуже низької щільності (very-low-density lipoprotein receptor, VLDLR), були виявлені випадково в ході експерименту, проведеного Тромсдорфом і колегами в 1997 роціTrommsdorff M, Gotthardt M, Hiesberger T, Shelton J, Stockinger W, Nimpf J, Hammer RE, Richardson JA, Herz J. (1997) Reeler/Disabled-like disruption of neuronal migration in knockout mice lacking the VLDL receptor and APOE receptor 2. Cell. 97(6):689-701. PMID 10380922. У використаних в експерименті мутантів, так званих «нокаутних» мишей з відсутніми рецепторами apoER2 і VLDLR, виявилися дефекти в будові кори головного мозку, ідентичні дефектам миші reeler.

З метою глибше вивчити механізм сигнального шляху білка риліну й знайти інші його елементи, учені використовували два інших типи мишей-мутантів — yotari і scrambler. Ці миші за фенотипом схожі з мишею reeler, але сам ген RELN у них нормальний. Дослідження цих мутантів виявили порушення в гені DAB1, який кодує білок Dab1. Миші yotari, як виявилось, були позбавлені білка Dab1 повністю, а у мишей scrambler його вдавалося виявити ледь-ледьSheldon M, Rice DS, D'Arcangelo G, Yoneshima H, Nakajima K, Mikoshiba K, Howell BW, Cooper JA, Goldowitz D, Curran T. (1997) Scrambler and yotari disrupt the disabled gene and produce a reeler-like phenotype in mice. Nature. 389(6652):730-3. PMID 9338784. Цілеспрямоване руйнування гена DAB1 також викликало фенотип, аналогічний фенотипу миші reeler. Визначення того, що саме Dab1 є ключовим регулятором сигнального каскаду риліну, поклало початок доскональному вивченню його складних внутріклітинних взаємодій.

Відкриття можливого зв'язку риліну з шизофренією та біполярним розладом, хворобою Альцгеймера і аутизмом та іншими дисфункціями, а також перспектива розкриття механізмів, що зумовили виникнення складно організованого людського мозку, привели до активного дослідження білка і його сигнальних взаємодій. До початку другого десятиліття після відкриття гена RELN, число наукових статей про рилін обчислювалося сотнямиПошук за рядком «reelin» у назвах наукових статей  — Google Scholar, а в 2008 році була опублікована збірка, численні автори якої розглядають різні структурні і функціональні особливості риліна в нормі і при патологіях.

Секреція і локалізація білка

Рилін секретується позаклітинним матриксом. Швидкість секреції риліну пов'язана зі швидкістю його утворення і не залежить від деполяризації мембрани. Рилін виявляється в секреторних гранулах апарату Гольджі і відсутній в синаптичних бульбашках, що характерно для більшості білків позаклітинної матриці.

У період розвитку мозку рилін в корі головного мозку і гіпокампі синтезується клітинами Кахаля-Ретціуса, клітинами Кахаля та клітинами РетціусаMeyer G, Goffinet AM, Fairen A. (1999) What is a Cajal-Retzius cell? A reassessment of a classical cell type based on recent observations in the developing neocortex. Cereb Cortex. 9(8):765-75. PMID 10600995.

Клітини в пренатальному і ранньому постнатальному мозку, що виробляють рилін, переважно розміщуються в маргінальній зоні (MZ) кори і в тимчасовому субпіальному гранулярному шарі (SGL), найрозвиненішому в людини, а в гіпокампі — в молекуляно-перенхімальному шарі () і верхньому маргінальному шарі зубчастої звивини.

У мозочку рилін виробляється в зовнішньому шарі гранулярних клітин перед міграцією гранулярних клітин у внутрішній шарSchiffinann, S. N., Bernier, B. & Goffinet, A. M. (1997) Reelin mRNA expression during mouse brain development. Eur. J. Neurosci. 9, 1055—1071 PMID 9182958.

Загалом у постнатальний період відбувається перехід від пошарової до дифузної експресії риліну. В дорослому мозку білок синтезується кірковими ГАМК-ергічними інтернейронами, що експресують кальретинін і кальбіндин, такими як клітини Мартінотті. Парвальбумін-місткі ГАМКергічні інтернейрони, такі як канделяберні і корзинчасті клітини, ніколи не утворюють рилін або роблять це украй рідко. У мозочку дорослих особин рилін виробляється глутаматергічними гранулярними нейронами внутрішнього шару.

За межами мозку рилін у дорослих ссавців виявляється в крові, печінці, середній частці гіпофізу і хромафінних клітинах надниркової залози.

У печінці рилін був ідентифікований в клітинах Іто. При пошкодженні печінки рівень мРНК риліну різко підвищується та знизується після завершення процесу відновлення.

В очах рилін виробляється в шарі гангліонарних клітин сітківки та ендотеліальному шарі рогівки. Як і в печінці, експресія цього білка підвищується при пошкодженнях.

Рилін виробляється також одонтобластами, клітинами, що розташовані на периферії зубної пульпи. Білок виявляється тут як в процесі одонтогенезу, так і в дорослому зубі. Як припускають деякі автори, одонтобласти є сенсорними клітками, здатними передавати болеві сигнали нервовим закінченням. Згідно з цією гіпотезою, рилін грає роль в цьому процесі, тому що він може сприяти встановленню контакту одонтобластів з нервовими закінченнями.

Структура білка

Рилін складається з 3461 амінокислотних залишків і має молекулярну масу 388 кДа. У мишачому гені Reln міститься 65 екзонів, що мають загальну довжину близько 450 kb.

N-термінальні екзони розділені великими інтронами, решта екзонів розташовані ближче один до одного. Один екзон, що кодує всього дві амінокислоти поряд з C-кінцем, схильний до альтернативному сплайсингу, але невідомо, як це відображається на функції білка. В структурі гена ідентифіковані дві основні ділянки ініціації транскрипції і дві ділянки поліаденілювання.

Молекула білка починається сигнальним пептидом завдовжки в 27 амінокислотних залишків. Потім слідує ділянка, за будовою схожа з білком позаклітинної матриці F-спондіном (на схемі відмічений як SP, амінокислотні залишки 28—190). Потім — унікальна для риліна ділянка (сегмент H на схемі), після якої йдуть підряд 8 ділянок схожої структури, так звані «рилиновые повторы», завдовжки приблизно 350 амінокислот кожен. У центрі кожного повтору розташовується EGF-подібне включення, що ділить повтор на два субповтори, A і B, структура яких має мало загального. Незважаючи на розділення, ці субповтори контактують один з одним, що додає компактність загальній структурі риліну. Останньою йде коротка ділянка завдовжки в 32 амінокислоти, багата основними залишками (C terminal region, CTR), відмічена на схемі знаком «плюс». Ця ділянка відрізняється високою еволюційною консервативністю: вона повністю ідентична у всіх ссавців зі встановленою структурою гена RELN. Раніше вважалося, що ця ділянка необхідна для виділення білка з клітки, оскільки секреція риліна порушена у миші reeler підтипу Orleans, що виробляє неповний протеїн, — без частини 8-го повтору і без CTR. Було встановлено, що секреція порушується в першу чергу через відсікання білка посередині будь-якого з повторів, а чисте відсікання CTR призводить лише до зниження секреції.