Прионный белок имеет две диаметрально противоположные стороны: печально известный своей «дегенеративной» формой, вызывающей тяжелые и неизлечимые нейродегенеративные заболевания, такие как «коровье бешенство» у крупного рогатого скота и синдром Крейтцфельда-Якоба у людей, в его физиологической форме прионный белок (PrPC ) выполняет жизненно важную функцию для мозга. Однако его положительное действие до сих пор не было прояснено. Два новых исследования, оба координируемые Джузеппе Легнамом, профессором Международной школы перспективных исследований (SISSA) в Триесте, наконец, предоставляют подробное описание биохимических процессов, посредством которых этот белок стимулирует и направляет рост нейритов, проекций нервных мембран ( аксоны и дендриты), которые важны для передачи нервных сигналов.
Первая статья, обширное и детальное исследование, только что было опубликовано в Journal of Cell Science. «В этом исследовании, проведенном в сотрудничестве с лабораторией оптических манипуляций (CNR-IOM, Триест), мы использовали новую технику, которая позволила крупным планом рассмотреть взаимодействие между PrPC и растущими нейритами». Метод, разработанный Дэном Кожоком, ученым-исследователем SISSA / CNR-IOM, включает введение PrP в микровезикулы, которые затем помещаются рядом с конусами роста нейронов гиппокампа с помощью оптического пинцета. Конусы роста — это «активные» части нервной мембраны, где происходит рост нейритов. После размещения везикулы «открывались» короткими вспышками УФ-света, чтобы высвободить белок рядом с конусом роста.
«Используя этот высокоточный метод, мы смогли наблюдать, как ростовой конус реагирует на низкие концентрации прионного белка. В экспериментах присутствие PrPC вызвало быстрый рост нейритов и переориентацию конуса роста в сторону области. максимальной концентрации прионного белка », — поясняет Легнаме. «На более поздних этапах того же исследования мы также увидели, что когда PrPC прикреплен к клеточной мембране, а не является свободным и растворенным во внеклеточной жидкости, он действует как рецептор, который связывается с другими свободными прионными белками, которые могут принимать участие в различных биохимические процессы ».Когда молекула избирательно взаимодействует с другими идентичными молекулами, как здесь, взаимодействие называется «гомофильным». «В этом исследовании мы также обнаружили, что именно эти гомофильные взаимодействия управляют процессом роста нейритов посредством вмешательства определенных молекул, известных как молекулы адгезии нервных клеток (NCAM)», — продолжает Легнейм.
Сосредоточьтесь на взаимодействииИ именно этот последний шаг в процессе был исследован вторым исследованием, опубликованным в Journal of Biological Chemistry и выбранным в качестве обложки текущего выпуска. «Вместе с группой Янеза Плавца из центра ядерного магнитного резонанса Любляны мы провели структурный анализ взаимодействия между PrPC и NCAM», — объясняет Легнаме. «Мы увидели, что NCAM прочно связывается с N-концом прионного белка», — объясняет Габриэле Гиашин, бывшая студентка и исследователь SISSA, ныне работающая в Европейском центре синхротронного излучения в Гренобле во Франции, и соавтор исследования вместе с SISSA. Аспирант Джулия Сальцано.
Фактически, PrPC состоит из двух доменов: плотно сложенного участка, который по своей природе не взаимодействует с другими молекулами, и неструктурированного свободного участка, N-конца, который является активной областью молекулы. «Наше наблюдение показывает, что NCAM способствует росту нейритов за счет взаимодействия с PrPC и, в частности, за счет связывания с его неструктурированной частью», — продолжает Гиачин.Эти два исследования дополняют друг друга в том, что одно предлагает общий обзор всего процесса, а другое фокусируется на важном этапе этого процесса, в результате чего создается связная картина. «Мы очень довольны этим крупным начинанием, которое объединило очень разные знания и взгляды, а также группы из разных стран», — заключает Легнаме.
Ученый SISSA также добавляет, что полученные данные не только дополняют наши знания о физиологической работе PrPC: «Теперь, когда мы знаем больше о нормальном действии прионного белка, у нас есть больше подсказок, которые помогут нам понять, что происходит, когда процесс нарушается и запускается патологическое действие PrPC », — заключает он.