Деметилаза гистонов Kdm6b регулирует дифференцировку моторных нейронов

Гистондеметилаза Kdm6b, удаляющая метильные группы с остатка лизина 27 гистона H3, контролирует дифференцировку моторных нейронов в отдельные подтипы, которые иннервируют разные мышцы в ходе формирования спинного мозга.

Credit:

drmicrobe | 123rf.com

Мотонейроны спинного мозга — одна из групп нейронов с наиболее подробно изученной постмитотической дифференцировкой. Авторы статьи, опубликованной в Nature Communications, показали, что важнейшую роль в дифференцировке мотонейронов спинного мозга на подтипы играет деметилаза гистоов Kdm6b, которая деметилирует остаток лизина 27 гистона H3 (H3K27). Kdm6b способствует дифференцировке моторных нейронов в нейроны медиальной моторной колонки и гипаксиальной моторной колонки и, подавляя дифференцировку в нейроны латеральной моторной колонки и преганглионарной моторной колонки.

Медиальная моторная колонка иннервирует мышцы задней стороны туловища и шеи, гипаксиальная — мышцы грудной клетки и живота, латеральная — мышцы конечностей, преганглионарная — сенсорные ганглии, симпатические ганглии, контролирующие внутренние органы, в том числе сердце.

Авторы исследования показали в экспериментах на мышах, что мРНК Kdm6b выявляется в только что дифференцированных мотонейронах спинного мозга на этапе E10.5 эмбрионального развития мыши. Нокаут гена Kdm6b приводил к гибели зародышей во время внутриутробного развития, что говорит о важной роли кодируемого им белка. Как оказалось, у мышей с нокаутом изменяется состав подтипов мотонейронов на этапах E11.5 и E12.5, но не E10.5. Для дальнейших экспериментов ученые получили мышей с условным нокаутом Kdm6b.

Композиция транскрипционных факторов, экспрессируемых в мотонейронах мышей с нокаутом по Kdm6b, свидетельствует о том, что в отсутствие Kdm6b снижается количество мотонейронов медиальной моторной колонки, а число нейронов латеральной и преганглионарной моторной колонок возрастает по сравнению с нормой.

Более того, в отсутствие функционального белка Kdm6b изменяются траектории аксонов мотонейронов. Экспрессия GFP позволила проследить аксональные траектории и показала, что у мышей с нокаутом Kdm6b по сравнению с мышами дикого типа мотонейроны медиальной моторной колонки практически не иннервируют дорсальную аксиальную мускулатуру. В то же время пучки аксонов мотонейронов, входящих в состав латеральной моторной колонки и иннервирующих мышцы конечностей, а также мотонейронов преганглионарной моторной колонки, иннервирующих сенсорные ганглии, у нокаутных мышей утолщены по сравнению с нормой.

Авторы работы показали, что другая гистондеметилаза, Kdm6a, которая также может деметилировать H3K27, для дифференцировки мотонейронов не нужна.

Анализ транскриптомов единичных мотонейронов, лишенных Kdm6b, а также кластеризация клеток линии мотонейронов по транскриптомным данным с помощью машинного обучения без учителя (unsupervised clustering) позволили выделить несколько популяций моторных нейронов, различающихся по паттернам экспрессии ряда маркерных белков, а также выделяемым нейромедиаторам. Дальнейший анализ определил набор маркерных белков для каждой популяции мотонейронов. В частности, для популяции предшественников мотонейронов характерна экспрессия таких генов, как Ttyh1, генов, кодирующих компоненты сигнального пути Notch (Hes5, Hey1 и Notch1/2), компоненты пути Wnt (Wnt 4/7b), а также Id1/3.

Таким образом, из данных по секвенированию РНК одиночных клеток ученые сделали вывод, что Kdm6b играет важнейшую роль в дифференцировке мотонейронов медиальной и гипаксиальной мотороных колонок. Более того, этот белок необходим для экспрессии сигнатурных генов для отдельных подтипов мотонейронов.

Источник

Wang, W., et al. The histone demethylase Kdm6b regulates subtype diversification of mouse spinal motor neurons during development. // Nature Communications, 13, 958, 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-28636-7
Добавить в избранное