Молекулярный механизм синдрома Барде–Бидля может быть не связан с нарушением развития ресничек

Синдром Барде–Бидля (Bardet–Biedl Syndrome, BBS) — редкое наследственное (аутосомно-рецессивное) заболевание с множеством клинических проявлений, самое распространенное из которых — дистрофия сетчатки, грозящая потерей зрения. Развитие BBS связывают с мутациями в генах, кодирующих восемь белков (комплекс белков BBS, или BBS-ом). Эти белки отвечают за формирование и функции ресничек. Исследователи из США и Китая проанализировали последствия мутации генов BBS-ома у нематод (Caenorhabditis elegans) и нашли еще одну роль этого комплекса. Они обнаружили, что BBS-ом отвечает за стабилизацию фоточувствительного белка LITE-1 в сенсорных нейронах ASH. Эти клетки помогают C. elegans воспринимать свет.

Ученые провели скрининг, чтобы определить гены, которые контролируют фоточувствительность нейронов. Для анализа мутантов они использовали генетически кодируемый сенсор кальция. В случае нормальной работы нейрона исследователи детектировали флуоресценцию сенсора. Из 36 000 червей было отобрано 14 мутантов с отсутствием фоточувствительности. Двое из них имели нарушения в гене белка LITE. В то же время у пяти мутантов произошли изменения в генах bbs-1, bbs-7, bbs-8, bbs-9. Интересно, что другие функции нейронов нарушены не были — они нормально реагировали на высокую осмолярность, тяжелые металлы и детергенты.

Белки BBS-ома участвуют в транспорте внутри ресничек. Исходя из этого, ученые предположили, что потеря фоточувствительности у мутантов по генам bbs связана с нарушением транспорта веществ в ресничках. Тем не менее эта гипотеза оказалась неверной. Особи с мутациями в других важных генах транспортной системы (osm-3, che-3, daf-10) сохраняли способность реагировать на свет. Более того, мутантные гены bbs-4 и bbs-5 не влияли на структуру ресничек, однако отключали фоточувствительность нейронов. Чтобы окончательно убедиться, что реснички не играют роли в поддержании фоточувствительности, исследователи отследили распределение белка LITE на поверхности клетки. С помощью флуоресцентного мечения они выяснили, что LITE не локализуется в ресничках и никак не связан с этими структурами. Таким образом, эффект от мутации в генах bss имеет неизвестный до этого механизм.

Чтобы установить причины потери фоточувствительности, ученые оценили уровень LITE в клетке. Они обнаружили, что у взрослых червей-мутантов по генам bbs нейроны не содержат этого белка. Тем не менее на стадии личинок LITE присутствовал в мембране нейронов. Дополнительный анализ с помощью количественной ПЦР показал, что ген lite-1 активен как в личинках, так и во взрослых червях. Опираясь на эти результаты, ученые предположили, что BBS-ом каким-то образом регулирует стабильность белка LITE, но не влияет на его экспрессию.

Для расшифровки механизма действия BBS-ома исследователи провели еще один скрининг нематод. На этот раз они искали мутантов по генам bbs, которые смогли восстановить нормальный фенотип. В результате анализа 42 000 червей они обнаружили несколько мутантов с восстановленным фенотипом. C помощью полногеномного секвенирования ученые выяснили, что у этих нематод произошла мутация в гене dlk-1. Это ортолог DLK-киназы, которая участвует в сигнальном пути DLK/p38-MAPK. Он регулирует формирование синапсов, рост аксона, а также Rab5-опосредованный эндоцитоз. Ученые предположили, что именно эндоцитоз регулирует количество LITE в клетке. Они мутировали два белка, обеспечивающих Rab5-опосредованный эндоцитоз, в мутантах по генам bbs. В результате мутанты снова стали чувствительны к свету. Затем исследователи измерили уровень гена dlk-1 в мутантах по генам bbs и в интактных клетках и обнаружили, что в мутантах уровень мРНК dlk-1 выше нормы.

На основании этих результатов авторы статьи предположили, что в норме BBS-ом ингибирует экспрессию DLK-киназы и препятствует эндоцитозу белка LITE. Однако в мутировавших клетках эта регуляция нарушается и белок LITE уничтожается с помощью Rab5-опосредованного эндоцитоза. Исследователи обнаружили похожий механизм в клетках HeLa — после ингибирование генов BBS-ома уровень DLK-киназы повышался. Таким образом была открыта новая функция BBS-ома, нарушение которой может приводить к развитию синдрома Барде–Бидля.