Нейрексины необходимы для выживания клеток-зерен мозжечка

Формирование синапса представляет собой многоэтапный процесс, решающую роль в котором играют молекулы синаптической клеточной адгезии. Белки нейрексины (NRXN) служат одними из основных пресинаптических организаторов. Они взаимодействуют с различными молекулами клеточной адгезии на постсинаптической мембране, в том числе с нейролигинами (NLGN), белком-предшественником церебеллина-1 (Cbln1) и орфанным глутаматным рецептором δ2 (GluD2). У млекопитающих NRXN кодируются тремя генами (Nrxn1, Nrxn2 и Nrxn3), причем паттерны их экспрессии различаются в зависимости от типа клеток.

Функциональная значимость нейрексинов в синаптогенезе наиболее отчетливо показана для синапсов между параллельными волокнами, которые являются аксонами клеток-зерен (гранулярных клеток) мозжечка, и клетками Пуркинье. Эти межклеточные контакты формируются и поддерживаются за счет взаимодействия постсинаптического GluD2 с пресинаптическими NRXN через секретируемый Cbln1. Однако физиологическая роль нейрексинов в работе клеток-зерен понятна не до конца. Команда ученых из Японии выявила механизмы, ответственные не только за синаптогенез клеток-зерен, но и их выживание в ходе формирования синапсов. Результаты исследования опубликованы в Cell Reports.

Ученые использовали модельных мышей с тройным нокаутом генов нейрексинов. Иммуногистохимический анализ показал резкое снижение сигнала жизнеспособности клеток в слое клеток-зерен у мутантных животных по сравнению с контрольной группой. Это свидетельствует о потере гранулярных клеток мозжечка.

Чтобы выяснить, вызвана ли потеря клеток-зерен у мышей с тройным нокаутом Nrxn дефектами развития, исследователи проанализировали изменения структур мозжечка с возрастом. У мутантных особей размер мозжечка постепенно уменьшался в возрасте от 3 до 11 недель, а в возрасте 11 недель слоистая структура гранулярных клеток полностью исчезла. В мутантном мозжечке уровень апоптоза был значительно повышен, что указывает на индуцированную гибель клеток-зерен. Интересно, что у животных с нокаутом только двух генов Nrxn структура мозжечка не имела признаков аномального развития.

На культуре гранулярных клеток с тройным нокаутом Nrxn ученые продемонстрировали восстановление численности нейронов при включении экспрессии NRXN1β с помощью трансдукции. Результат эксперимента позволяет предположить, что нейрексины регулируют жизнеспособность гранулярных клеток in vitro; экспрессии одного из вариантов нейрексинов достаточно для выживания нейронов.

Авторы также выявили изменения в секреторном аппарате аксонов клеток-зерен. Так, в нокаутных нейронах был нарушен экзоцитоз, что приводило к снижению секреции разнообразных модуляторов. В частности, снижалась секреция нейротрофинов, которые поддерживают нормальную жизнедеятельность нервных клеток. Одним из самых активных представителей этого класса веществ является нейротрофический фактор мозга (BDNF). В мутантных клетках нарушалась и его секреции, и транскрипция соответствующего гена.

Результаты исследования показывают, что выживание и функционирование клеток-зерен мозжечка регулируется нейрексинами непосредственно и с помощью нейротрофических факторов, экспрессия которых напрямую зависит от наличия этих пресинаптических организаторов. Ранее было показано, что нейрексины ассоциированы с нарушениями развития нервной системы, например, с расстройствами аутистического спектра. Авторы надеются, что их работа позволит выявить механизмы таких заболеваний.