Потеря активности транскрипционного фактора AhR способствует регенерации нейронов

При повреждении нервная ткань испытывает стресс. Для его преодоления поврежденные нейроны задействуют защитные механизмы, которые регулируют метаболизм, синаптическую активность и регенеративные генные программы. Однако то, как нейроны координируют баланс между адаптацией к стрессу и регенерацией, остается недостаточно изученным.

Транскрипционные факторы семейства bHLH-PAS (основная структура спираль-петля-спираль/PER-ARNT-SIM) играют роль молекулярных сенсоров сигналов среды и физиологических сигналов. Среди них BMAL1 координирует циркадные ритмы, HIF1α опосредует реакции на гипоксию, а AhR обнаруживает ксенобиотики и эндогенные метаболиты. AhR и HIF1α имеют общего партнера по димеризации — ARNT (HIF1β). AhR — единственный член семейства bHLH-PAS, который активируется лигандами. После связывания с лигандом AhR перемещается в ядро, димеризуется с ARNT и регулирует транскрипцию через AHRE. Исследователи из США использовали нейроны спинального ганглия (DRG) и мышей для того, чтобы изучить процессы, происходящие при регенерации аксонов, и роли bHLH-PAS. Если у DRG-нейронов удалить периферический аксон, то он восстановится, а если центральный, то нет.

Анализ STRING не показал наличия связи между AhR и ассоциированными с регенерацией транскрипционными факторами. Под действием агониста AhR (ITE) этот транскрипционный фактор перемещается в ядро нейронов DRG, а под действием антагониста (CH-223191) остается в цитоплазме. ITE активирует, а CH-223191 подавляет экспрессию канонических генов-мишеней AhR, участвующих в детоксикации (Cyp1a1, Cyp1b1). Авторы подтвердили экспрессию генов Ahr, Hif1a и Arnt в нейронах центральной нервной системы и периферической нервной системы.

При нокдауне Ahr после повреждения отрастали значительно более длинные нейриты, чем в контролях (на 21%). Тот же эффект имели антагонисты AhR. Напротив, под действием агонистов нейриты были короче. Скрининг на индуцированных нейронах показал дозозависимый эффект агонистов и антагонистов. При нокауте AhR нейриты тоже были длиннее.

Авторы опробовали еще два антагониста AhR — SR1 и BAY-2416964. Введение BAY-2416964, но не SR1, привело к увеличению длины нейритов DRG-нейронов. Но введение агониста AhR ITE in vivo не укоротило нейриты, что согласуется с самоограничивающимся характером сигналинга AhR посредством множества петель отрицательной обратной связи.

РНК-секвенирование после повреждения нейрона показало обогащение путей метаболизма ксенобиотиков и гипоксии. Соответственно, росла экспрессия мишеней Ahr, Hif1a, Arnt и AhR (Cyp1b1 и Tiparp).

В седалищном нерве мышей с нокаутом Ahr аксоны отрастали сильнее по сравнению с контролями на первый день после повреждения (50% длиннее) и на третий (20% длиннее). Нокаут Ahr обладал тем же эффектом у стареющих мышей. Но все это — только если нокаут проводился до повреждения. После он уже не оказывает эффекта. Нокаут способствовал также регенерации нейронов центральной нервной системы (после повреждения спинного мозга). Мыши с нокаутом Ahr восстанавливались быстрее и двигались лучше.

Индол-3-пропионат — это метаболит, образующийся в результате жизнедеятельности кишечной микробиоты и связанный с регенерацией аксонов посредством хемотаксиса нейтрофилов. Однако в новом исследовании этот метаболит не способствовал росту нейритов.

При повреждении нейронов у мышей дикого типа в них активируются гены, связанные с протеостазом (процессирование рРНК, сборка рибосом и удаление метаболитов, белков и органелл). А вот в клетках с нокаутом активировались сигналы, связанные с ростом, сортировкой белков, гистоновыми модификациями и биосинтезом липидов.

AhR ограничивает трансляцию в нейронах, снижая активность сигнального пути mTOR и процессинг рибосом, тогда как потеря AhR высвобождает собственный синтез белков в нейронах для поддержания регенерации.

Если фармакологически ингибировать трансляцию HIF1α, то нокаут AhR теряет свой положительный эффект на регенерацию, что демонстрирует роль оси HIF1α–ARNT.

Аксолотль с ампутированной лапой готов к регенерации других частей тела