Рилин

Рилин (RELN) представляет собой большой секретируемый гликопротеин внеклеточного матрикса, который помогает регулировать процессы миграции и позиционирования нейронов в развивающемся мозге, контролируя межклеточные взаимодействия. Помимо этой важной роли в раннем развитии, рилин продолжает работать во взрослом мозге. Он модулирует синаптическую пластичность, усиливая индукцию и поддерживая долгосрочное потенцирование. Он также стимулирует развитие дендритов и дендритныхшипиков и регулирует продолжающуюся миграцию нейробластов, генерируемых в местах нейрогенеза взрослых, таких как субвентрикулярные и субгранулярные зоны.

Рилин обнаруживается не только в головном мозге, но также в печени, щитовидной железе, надпочечниках, маточной трубе, молочной железе и в сравнительно более низких уровнях в ряде других анатомических областей. ¹⁾ Предполагается, что рилин участвует в патогенезе некоторых заболеваний головного мозга. Было обнаружено, что экспрессия белка значительно снижается при шизофрении и психотическом биполярном расстройстве, но причина этого наблюдения остается неопределенной, так как исследования показывают, что психотропные лекарства сами по себе влияют на экспрессию рилина. Более того, эпигенетические гипотезы, направленные на объяснение измененных уровней экспрессии рилина, являются противоречивыми. Тотальный недостаток рилина вызывает форму лиссэнцефалии. Рилин может также играть роль в болезни Альцгеймера, эпилепсии височной доли и аутизме. Название «рилин» происходит от ненормальной походки мышей Reeler, которые, как позже было обнаружено, имеют дефицит этого белка мозга и гомозиготны по мутации гена RELN. Основным фенотипом, связанным с потерей функции рилина, является неспособность позиционирования нейронов по всей развивающейся центральной нервной системе (ЦНС). Мыши, гетерозиготные по гену рилин, несмотря на небольшие нейроанатомические дефекты, обнаруживают эндофенотипические признаки, связанные с психотическими расстройствами.

Мутантные мыши предоставили информацию об основных молекулярных механизмах развития центральной нервной системы. Полезные спонтанные мутации были впервые обнаружены учеными, которые интересовались моторным поведением, и оказалось относительно легко отследить однопометных мышей, у которых были трудности с перемещением по клетке. Был найден ряд таких мышей, которым были даны описательные имена, такие как рилер, ткач, нервный и шатун. Мышь «reeler» была впервые описана в 1951 году D.S.Falconer в Эдинбургском университете как спонтанный вариант, возникающий в колонии мышей, поддерживаемой генетиком Шарлоттой Ауэрбах ²⁾. Гистопатологические исследования, проведенные в 1960-х годах, показали, что мозжечок мышей Рилер резко уменьшился в размерах, в то время как нормальная ламинарная организация, обнаруженная в нескольких областях мозга, была нарушена. 1970-е годы привели к открытию инверсии клеточного слоя в неокортексе мыши, что привлекло больше внимания к мутации Рилера. В 1994 году новый аллель рилера был получен путем инсерционного мутагенеза. Это обеспечило первый молекулярный маркер локуса, что позволило картировать ген RELN в хромосоме 7q22, а затем клонировать и идентифицировать его. Японские ученые в Медицинской школе Кочи успешно произвели антитела против нормальных экстрактов головного мозга у мышей-рилеров, а позже было обнаружено, что эти антитела являются специфическими моноклональными антителами к рилину и были названы CR-50 (Cajal-Retzius, маркер 50). ³⁾ Они отметили, что CR-50 специфически реагировал с нейронами Кахаля-Ретциуса, функциональная роль которых была до этого неизвестна. Рилиновые рецепторы, рецептор аполипопротеина E 2 (ApoER2) и рецептор липопротеинов очень низкой плотности (VLDLR), были обнаружены Trommsdorff, Herz и коллегами, которые первоначально обнаружили, что белок цитозольного адаптера Dab1 взаимодействует с цитоплазматическим доменом семейства рецепторов LDL членов. Затем они показали, что у мышей с двойным нокаутом для ApoER2 и VLDLR, которые оба взаимодействуют с Dab1, имели кортикальные дефекты расслоения, сходные с таковыми у рилера. Последующий путь рилин был уточнен с помощью других мышей-мутантов, включая yotari и скремблер. Эти мутанты имеют фенотипы, сходные с таковыми у мышей Рилер, но без мутации в рилине. Затем было продемонстрировано, что мышиный отключенный ген гомолога 1 (Dab1) ответственен за фенотипы этих мутантных мышей, поскольку белок Dab1 отсутствовал (йотари) или был едва детектируемым (скремблер) у этих мутантов. Целевое разрушение Dab1 также вызывало фенотип, сходный с таковым у Рилера. Определение DAB1 в качестве основного регулятора сигнального каскада рилин положило начало утомительному процессу расшифровки его сложных взаимодействий. Затем последовал ряд спекулятивных сообщений, связывающих генетические вариации и взаимодействия рилина с шизофренией, болезнью Альцгеймера, аутизмом и другими чрезвычайно сложными дисфункциями. Эти и другие открытия в сочетании с перспективой раскрытия эволюционных изменений, которые позволили создать человеческий мозг, значительно активизировали исследования. В 2008 году, примерно через 13 лет после того, как был обнаружен ген, кодирующий этот белок, сотни научных статей были посвящены различным аспектам его структуры и функционирования. ⁴⁾

Исследования показывают, что рилин отсутствует в синаптических везикулах и секретируется конститутивным секреторным путем, сохраняясь в секреторных везикулах Гольджи. Скорость высвобождения рилина не регулируется деполяризацией, а зависит от скорости его синтеза. Эта взаимосвязь аналогична той, которая наблюдается при секреции других белков внеклеточного матрикса. Во время развития мозга, рилин секретируется в коре и гиппокампе так называемыми клетками Cajal-Retzius, Cajal и Retzius. Рилин-экспрессирующие клетки в пренатальном и раннем постнатальном головном мозге преимущественно обнаруживаются в краевой зоне (MZ) коры и во временном субпиальном гранулярном слое (SGL), что в наибольшей степени проявляется у человека, и в гиппокампальном слое lacunosum-moleculare и верхнем краевом слое зубчатой извилины. В развивающемся мозжечке, рилин сначала экспрессируется во внешнем гранулярном клеточном слое (EGL), прежде чем происходит миграция гранулярных клеток во внутренний гранулярный клеточный слой (IGL). ⁵⁾ Достигнув пика сразу после рождения, синтез рилина впоследствии резко снижается, становясь более диффузным по сравнению с отчетливо ламинарной экспрессией в развивающемся мозге. В мозге взрослого человека рилин экспрессируется ГАМКергическими интернейронами коры и глутаматергическими мозжечковыми нейронами и несколькими существующими клетками Кахаля-Ретциуса. Среди ГАМКергических интернейронов, рилин, по-видимому, обнаруживается преимущественно в клетках, экспрессирующих кальретинин и кальбиндин, таких как битумные, горизонтальные клетки и клетки Martinotti, но не в клетках, экспрессирующих парвалбумин, таких как клетки-канделябры или корзинчатые нейроны. В белом веществе также было обнаружено, что незначительная доля интерстициальных нейронов окрашивается позитивно для экспрессии рилина. Вне мозга, рилин обнаружен в крови, печени, промежуточных средах гипофиза и хромаффинных клетках надпочечников у взрослых млекопитающих. В печени рилин локализуется в звездчатых клетках печени. Экспрессия рилина увеличивается, когда печень повреждена, и возвращается к норме после ее восстановления. В глазах рилин секретируется ганглиозными клетками сетчатки, а также обнаруживается в эндотелиальном слое роговицы. Как и в печени, его экспрессия увеличивается после травмы. Этот белок также вырабатывается одонтобластами, клетками на краях пульпы зуба. Рилин встречается здесь как во время одонтогенеза, так и в зрелом зубе. ⁶⁾ Некоторые авторы предполагают, что одонтобласты играют дополнительную роль в качестве сенсорных клеток, способных передавать болевые сигналы в нервные окончания. Согласно гипотезе, рилин участвует в процессе, усиливая контакт между одонтобластами и нервными окончаниями.

Рилин состоит из 3461 аминокислоты с относительной молекулярной массой 388 кДа. Он также обладает активностью сериновой протеазы. Мышиный ген RELN состоит из 65 экзонов, охватывающих приблизительно 450 пар оснований. Один экзон, кодирующий только две аминокислоты вблизи С-конца белка, подвергается альтернативному сплайсингу, но точное функциональное влияние этого неизвестно. В структуре гена идентифицированы два участка инициации транскрипции и два участка полиаденилирования. Белок рилин начинается с сигнального пептида длиной 27 аминокислот, за которым следует область, имеющая сходство с F-спондином (домен reeler), и область, уникальная для рилина. Далее идут 8 повторов из 300–350 аминокислот. Они называются рилин-повторами и имеют в своем центре мотив эпидермального фактора роста, делящий каждый повтор на два повторения, A (повтор BNR / Asp-box) и B (EGF-подобный домен). Несмотря на это прерывание, два субдомена вступают в непосредственный контакт, что приводит к компактной общей структуре. ⁷⁾ Конечный домен рилин содержит высокоосновную и короткую C-концевую область (CTR) длиной 32 аминокислоты. Этот регион является высоко консервативным, будучи идентичным на 100% у всех исследованных млекопитающих. Считалось, что CTR необходим для секреции рилина, потому что Орлеанская мутация Reeler, в которой отсутствует часть 8-го повтора и весь CTR, неспособна секретировать деформированный белок, что приводит к его концентрации в цитоплазме. Тем не менее, другие исследования показали, что CTR не важен для самой секреции, но мутанты, у которых отсутствует CTR, были гораздо менее эффективны в активации событий передачи сигналов вниз по течению. Рилин расщепляется in vivo в двух местах, расположенных после доменов 2 и 6 - примерно между повторами 2 и 3 и между повторами 6 и 7, что приводит к образованию трех фрагментов. Это расщепление не снижает активность белка, так как конструкции, сделанные из предсказанных центральных фрагментов (повторы 3–6), связываются с рецепторами липопротеинов, запускают фосфорилирование Dab1 и имитируют функции рилина во время развития кортикальной пластинки. Более того, обработка рилином эмбриональных нейронов может быть необходима для правильного кортикогенеза. ⁸⁾

Основными функциями рилина являются регуляция кортикогенеза и позиционирование нейрональных клеток в пренатальном периоде, но белок также продолжает играть роль у взрослых. Рилин обнаружен во многих тканях и органах, и его функциональные роли можно приблизительно разделить по времени экспрессии и локализации его действия.

Ряд ненервных тканей и органов экспрессируют рилин во время развития, причем эта экспрессия резко снижается после формирования органов. Роль белка здесь в значительной степени не изучена, потому что у нокаутных мышей нет серьезных патологий в этих органах. Роль рилина в растущей центральной нервной системе была широко охарактеризована. Рилин способствует дифференцировке клеток-предшественников в лучевую глию и влияет на ориентацию ее волокон, которые служат направляющими для мигрирующих нейробластов. Положение слоя секретирующих рилин клеток важно, потому что волокна ориентируются в направлении его более высокой концентрации. Например, рилин регулирует развитие специфических для слоя связей в гиппокампе и энторинальной коре. Кортикогенез у млекопитающих является еще одним процессом, в котором рилин играет важную роль. В этом процессе временный слой, называемый преплатой, разделяется на краевую зону сверху и подпластинку внизу, а пространство между ними заполняется слоями нейронов в узоре наизнанку. Такое расположение, когда вновь созданные нейроны проходят через осевшие слои и располагаются на один шаг выше, является отличительной чертой мозга млекопитающих, в отличие от эволюционной более старой коры рептилий, в которой слои расположены иначе. Когда рилин отсутствует, как у мыши-мутанта рилера, порядок кортикального расслоения становится примерно инвертированным, и более молодые нейроны оказываются неспособными пройти через оседающие слои. Нейроны субпластины не могут останавливаться и вторгаются в самый верхний слой, создавая так называемую суперплиту, в которой они смешиваются с клетками Кахаля-Ретциуса и некоторыми клетками, обычно предназначенными для второго слоя. Не существует единого мнения относительно роли рилина в правильном расположении кортикальных слоев. Первоначальная гипотеза о том, что этот белок является сигналом остановки для мигрирующих клеток, подтверждается его способностью вызывать диссоциацию, его ролью в утверждении слоя компактных гранул в гиппокампе и тем фактом, что мигрирующие нейробласты избегают богатые районом районы. Но эксперимент, в котором мышиный кортикогенез произошел нормально, несмотря на неправильное расположение секретирующего слоя рилина, и отсутствие доказательств того, что рилин влияет на ростовые конусы и передние края нейронов, вызвал некоторые дополнительные гипотезы. Согласно одной из них, рилин делает клетки более восприимчивыми к некоторому, еще не описанному, позиционному каскаду передачи сигналов. Рилин может также обеспечивать правильное позиционирование нейронов в спинном мозге: согласно одному исследованию, местоположение и уровень его экспрессии влияют на движение симпатических преганглионарных нейронов. Считается, что белок действует на мигрирующие предшественники нейронов и, таким образом, контролирует правильное расположение клеток в коре и других структурах мозга. Предложенная роль является сигналом диссоциации для нейрональных групп, позволяя им разделяться и переходить от тангенциальной цепной миграции к радиальной индивидуальной миграции. ⁹⁾ Диссоциация отделяет мигрирующие нейроны от глиальных клеток, которые действуют как их направляющие, превращая их в отдельные клетки, которые могут выделяться в одиночку, чтобы найти свое окончательное положение. Рилин участвует в изменении конфигурации NMDA-рецепторов, увеличивая подвижность NR2B-содержащих рецепторов и, таким образом, уменьшая время, которое они проводят в синапсе. Предполагается, что это может быть частью механизма, стоящего за «переключателем NR2B-NR2A», который наблюдается в мозге во время его постнатального развития. Постоянная секреция рилина с помощью ГАМКергических нейронов гиппокампа необходима для поддержания NR2B-содержащих NMDA-рецепторов на низком уровне.

В нервной системе взрослого человека рилин играет выдающуюся роль в двух наиболее активных участках нейрогенеза, в субвентрикулярной зоне и в зубчатой извилине. У некоторых видов, нейробласты из субвентрикулярной зоны мигрируют цепочками в ростральном миграционном потоке (RMS), чтобы достичь обонятельной луковицы, где рилин диссоциирует их на отдельные клетки, которые способны мигрировать дальше индивидуально. Они изменяют свой способ миграции с тангенциального на радиальный и начинают использовать радиальные глиальные волокна в качестве направляющих. Существуют исследования, показывающие, что вдоль самой RMS два рецептора, ApoER2 и VLDLR, и их внутриклеточный адаптер DAB1 функционируют независимо от рилина [65], скорее всего, под влиянием недавно предложенного лиганда, тромбоспондина-1. В зубчатой извилине взрослого, рилин обеспечивает ориентиры для новых нейронов, которые постоянно поступают в слой гранулярных клеток из субгранулярной зоны, сохраняя слой компактным. ¹⁰⁾ Рилин также играет важную роль в мозге взрослого человека, модулируя плотность экспрессии дендритных корешков пирамидальных нейронов, ветвление дендритов и экспрессию долгосрочной потенциации, так как его секреция продолжается диффузно с помощью ГАМКергических корковых интернейронов, источник которых прослеживается до медиального ганглионарного бугорка. Во взрослом организме, неневральная экспрессия встречается гораздо реже, но она резко увеличивается при повреждении некоторых органов. Точная функция увеличения экспрессии рилина после травмы все еще исследуется.

Взаимодействия рилин-DAB1 могли бы сыграть ключевую роль в структурной эволюции коры, которая эволюционировала из одного слоя общего предшественника амниот в многослойную кору современных млекопитающих. Исследования показывают, что экспрессия рилина повышается по мере того, как кора становится более сложной, достигая максимума в мозге человека, в котором секретирующие рилин клетки Cajal-Retzius имеют значительно более сложную аксональную структуру. Рилин присутствует в переднем мозге всех изученных до сих пор позвоночных, но паттерн экспрессии сильно различается. Например, у рыбок данио вообще нет клеток Каджала-Ретциуса; вместо этого белок секретируется другими нейронами. ¹¹⁾ Эти клетки не образуют выделенного слоя у амфибий, и радиальная миграция в их мозге очень слаба. По мере того как кора становится все более сложной и извилистой, миграция вдоль радиальных глиальных волокон становится все более важной для правильного расслоения. Считается, что появление отдельного слоя, секретирующего рилин, играет важную роль в этой эволюции. Существуют противоречивые данные относительно важности этого слоя, и они объясняются в литературе либо наличием дополнительного сигнального позиционного механизма, который взаимодействует с каскадом рилина, либо предположением, что мыши, которые используются в таких экспериментах, имеют избыточную секрецию рилина по сравнению с более локализованным синтезом в мозге человека. Клетки Кахала-Ретциуса, большинство из которых исчезают во время рождения, коэкспрессируют рилин с геном HAR1, который, как считается, претерпел наиболее значительные эволюционные изменения у людей по сравнению с шимпанзе, будучи наиболее «эволюционно ускоренным» из генов из зон ускоренного развития человека. Имеются также доказательства того, что варианты в гене DAB1 были включены в недавний выборочный анализ в китайских популяциях. ¹²⁾

Считается, что контроль межклеточных взаимодействий рилина обеспечивается связыванием рилина с двумя членами семейства генов рецепторов липопротеинов низкой плотности: VLDLR и ApoER2. ¹³⁾ Два основных рецептора рилина, по-видимому, играют несколько разные роли: VLDLR передает сигнал остановки, в то время как ApoER2 необходим для миграции поздних неокортикальных нейронов. Также было показано, что N-концевой участок рилина, отличный от участка рилина, связанного с VLDLR / ApoER2, связывается с рецептором интегрина альфа-3-бета-1. Предположение, что протокадхерин CNR1 ведет себя как рецептор рилина, было опровергнуто. Как члены суперсемейства рецепторов липопротеинов, и VLDLR, и ApoER2 имеют в своей структуре домен интернализации, называемый мотивом NPxY. После связывания с рецепторами, рилин интернализуется эндоцитозом, и N-концевой фрагмент белка повторно секретируется. Этот фрагмент может служить постнатально для предотвращения чрезмерного роста апикальных дендритов пирамидальных нейронов кортикального слоя II / III, действуя по пути, независимому от канонических рецепторов рилина. ¹⁴⁾ Рилиновые рецепторы присутствуют как на нейронах, так и на глиальных клетках. Кроме того, радиальная глия экспрессирует то же количество ApoER2, но в 10 раз менее богата VLDLR. Рецепторы бета-1 интегрина на глиальных клетках играют более важную роль в расслоении нейронов, чем те же самые рецепторы на мигрирующих нейробластах. Рилин-зависимое усиление долговременного потенцирования вызвано взаимодействием ApoER2 с NMDA-рецептором. Это взаимодействие происходит, когда ApoER2 имеет область, кодируемую экзоном 19. Ген ApoER2 альтернативно сплайсирован, причем вариант, содержащий экзон 19, более активно продуцируется в периоды активности. Согласно одному исследованию, экспрессия рилина в гиппокампе быстро возрастает, когда есть необходимость сохранить память, поскольку деметилазы открывают ген RELN. Активация роста дендритов с помощью рилина, по-видимому, осуществляется с помощью киназ семейства Src и зависит от экспрессии белков семейства Crk, что согласуется со взаимодействием Crk и CrkL с тирозин-фосфорилированным Dab1. Более того, модель мыши рекомбинации Cre-loxP, в которой отсутствуют Crk и CrkL в большинстве нейронов, как сообщается, имеет фенотип reeler, что указывает на то, что Crk / CrkL находятся между DAB1 и Akt в сигнальной цепи рилина.

Рилин активирует сигнальный каскад Notch-1, индуцируя экспрессию FABP7 и заставляя клетки-предшественники принимать радиальный глиальный фенотип. Кроме того, кортикогенез in vivo сильно зависит от того, как рилин обрабатывается эмбриональными нейронами, которые, как полагают, секретируют некоторые пока еще не идентифицированные металлопротеиназы, которые освобождают центральную сигнально-компетентную часть белка. Некоторые другие неизвестные протеолитические механизмы также могут играть роль. Предполагается, что полноразмерный рилин прилипает к волокнам внеклеточного матрикса на более высоких уровнях, и центральные фрагменты, поскольку они высвобождаются при разрушении рилина, способны проникать на более низкие уровни. Возможно, что по мере того, как нейробласты достигают более высоких уровней, они прекращают свою миграцию либо из-за повышенной комбинированной экспрессии всех форм рилина, либо из-за своеобразного способа действия полноразмерных молекул рилина и его гомодимеров. Внутриклеточный адаптер DAB1 связывается с VLDLR и ApoER2 через мотив NPxY и участвует в передаче сигналов рилина через эти рецепторы липопротеинов. Он фосфорилируется Src и Fyn киназами и, по-видимому, стимулирует актиновый цитоскелет к изменению его формы, влияя на пропорцию рецепторов интегрина на поверхности клетки, что приводит к изменению адгезии. Фосфорилирование DAB1 приводит к его убиквитинированию и последующей деградации, что объясняет повышенные уровни DAB1 в отсутствие рилина. ¹⁵⁾ Такая отрицательная обратная связь считается важной для правильного расслоения коры. Активированные двумя антителами, VLDLR и ApoER2 вызывают фосфорилирование DAB1, но, по-видимому, без последующей деградации и без спасения фенотипа рилера, и это может указывать на то, что часть сигнала проводится независимо от DAB1.

Было показано, что молекулы рилина образуют большой белковый комплекс, связанный с дисульфидом гомодимер. Если гомодимер не образуется, эффективное фосфорилирование тирозина DAB1 in vitro не случается. Более того, два основных рецептора рилина способны образовывать кластеры, которые, скорее всего, играют главную роль в передаче сигналов, вызывая димеризацию или олигомеризацию внутриклеточного адаптера DAB1. В кластере было показано, что такая кластеризация активирует сигнальную цепь даже в отсутствие самого рилина. Кроме того, сам рилин может разрывать пептидные связи, удерживающие другие белки вместе, являясь сериновой протеазой, и это может влиять на процессы клеточной адгезии и миграции. Передача сигналов рилина приводит к фосфорилированию актин-взаимодействующего белка cofilin 1 на ser3; это может стабилизировать актиновый цитоскелет и закрепить ведущие процессы мигрирующих нейробластов, предотвращая их дальнейший рост.

Известно, что циклин-зависимая киназа 5 (Cdk5), основной регулятор миграции и позиционирования нейронов, фосфорилирует DAB1 и другие цитозольные мишени для передачи сигналов рилина, такие как Tau, которые могут активироваться также посредством рилин-индуцированной дезактивации GSK3B и NUDEL, связанных с Lis1, одной из мишеней DAB1. Индукция LTP (долговременной потенциации) с помощью рилина в срезах гиппокампа не удалась при нокаутах p35. P35 является ключевым активатором Cdk5, и двойные нокауты p35 / Dab1, p35 / RELN, p35 / ApoER2, p35 / VLDLR демонстрируют повышенный дефицит миграции нейронов, что указывает на синергетическое действие рилин → ApoER2 / VLDLR → DAB1 и Пути p35 / p39 → Cdk5 в нормальном кортикогенезе.

Нарушения гена RELN считаются причиной редкой формы лиссэнцефалии с гипоплазией мозжечка, называемой синдромом Нормана-Робертса. Мутации нарушают сплайсинг транскрипта мРНК RELN, что приводит к низким или необнаружимым количествам белка рилина. Фенотип у этих пациентов характеризовался гипотонией, атаксией и задержкой развития, невозможностью самостоятельно сидеть и глубокой умственной отсталостью с небольшим или отсутствующим языковым развитием. Судороги и врожденная лимфедема также присутствуют. Новая хромосомная транслокация, вызывающая синдром, была описана в 2007 году. ¹⁶⁾ Мутации, затрагивающие рилин в человеке, обычно связаны с кровосмешением.

О сниженной экспрессии рилина и его уровней мРНК в мозге страдающих шизофренией сообщалось в 1998 г. и 2000 г. и независимо подтверждалось в посмертных исследованиях гиппокампа, мозжечка, базальных ганглиев и в исследованиях коры. Сокращение может достигать 50% в некоторых областях, и связано с пониженной экспрессией фермента GAD-67, который катализирует переход глутамата в ГАМК. Согласно одному исследованию, уровни рилина в крови и его изоформ также изменяются при шизофрении, наряду с расстройствами настроения. Было обнаружено, что сниженная префронтальная экспрессия мРНК рилина при шизофрении является наиболее статистически значимым нарушением, обнаруженным в многоцентровом исследовании, проведенном в 14 отдельных лабораториях в 2001 году Консорциумом нейропатологии Фонда Стэнли. Эпигенетическое гиперметилирование ДНК у пациентов с шизофренией предлагается в качестве причины снижения, в соответствии с наблюдениями 1960-х годов, согласно которым введение метионина пациентам с шизофренией приводит к глубокому обострению симптомов шизофрении у 60-70 процентов пациентов. ¹⁷⁾ Предлагаемый механизм является частью «эпигенетической гипотезы патофизиологии шизофрении», сформулированной группой ученых в 2008 году (Д. Грейсон; А. Гвидотти; Э. Коста). Посмертное исследование, сравнивающее экспрессию ДНК-метилтрансферазы (DNMT1) и мРНК рилина в кортикальных слоях I и V пациентов с шизофренией и нормальной контрольной группы, показало, что в слое V уровни DNMT1 и рилина были нормальными, в то время как в слое I уровень DNMT1 был в три раза выше, что, вероятно, приводит к двукратному уменьшению экспрессии рилина. Существуют доказательства того, что это изменение является селективным, и DNMT1 сверхэкспрессируется в секретирующих ретин, ГАМКергических нейронах, но не в их глутаматергических соседях. Ингибиторы метилирования и ингибиторы гистондеацетилазы, такие как вальпроевая кислота, повышают уровни мРНК релина, в то время как обработка L-метионином подавляет фенотипическую экспрессию рилина. Одно исследование показало положительную регуляцию гистондеацетилазы HDAC1 в гиппокампе пациентов. ¹⁸⁾ Гистондеацетилазы подавляют генные промоторы; гиперацетилирование гистонов было показано на мышиных моделях деметилирования промоторов как рилина, так и GAD67. Было показано, что ингибиторы DNMT1 у животных увеличивают экспрессию как рилина, так и GAD67, и ингибиторы DNMT, и ингибиторы HDAC активируют оба гена с сопоставимой дозовой и временной зависимостью. Как показывает одно исследование, концентрация S-аденозилметионина (SAM) в префронтальной коре пациентов в два раза выше, чем в кортикальных слоях незатронутых людей. SAM, являясь донором метильной группы, необходимой для активности DNMT, может еще больше сместить эпигенетический контроль экспрессии генов. Область хромосомы 7q22, которая содержит ген RELN, связана с шизофренией, а сам ген был связан с заболеванием в большом исследовании, в котором было обнаружено, что полиморфизм rs7341475 повышает риск заболевания у женщин, но не у мужчин. Согласно исследованию, у женщин с однонуклеотидным полиморфизмом (SNP) вероятность заболевания в 1,4 раза выше. Аллельные вариации RELN также коррелировали с рабочей памятью, памятью и исполнительным функционированием в нуклеарных семьях, где один из членов страдает шизофренией. ¹⁹⁾ Связь с рабочей памятью была позже воспроизведена. В одном небольшом исследовании несинонимичный полиморфизм Val997Leu гена был связан с расширением левого и правого желудочков у пациентов. Одно исследование показало, что у пациентов снижается уровень одного из рецепторов рилина, VLDLR, в периферических лимфоцитах. После шести месяцев антипсихотической терапии экспрессия усилилась; по мнению авторов, периферические уровни VLRLR могут служить надежным периферическим биомаркером шизофрении. Учитывая роль рилина в развитии дендритогенеза, были высказаны предположения, что локализованный дендритный дефицит позвоночника, наблюдаемый при шизофрении, может быть частично связан с понижающей регуляцией рилина ²⁰⁾. Путь рилина также может быть связан с шизофренией и другими психотическими расстройствами через его взаимодействие с генами риска. Одним из примеров является нейрональный транскрипционный фактор NPAS3, нарушение которого связано с шизофренией и неспособностью к обучению. У мышей с нокаутом, у которых отсутствует NPAS3 или подобный белок NPAS1, уровни рилина значительно ниже; точный механизм этого неизвестен. Другим примером является ген MTHFR, связанный с шизофренией. Нокаутные мыши показывают снижение уровня рилина в мозжечке. Стоит отметить, что ген, кодирующий субъединицу NR2B, на которую предположительно влияет рилин в процессе изменения NR2B→ NR2A в процессе развития состава рецептора NMDA, выступает в качестве одного из наиболее сильных кандидатов в гены риска. Другим общим аспектом между NR2B и RELN является то, что они оба могут регулироваться фактором транскрипции TBR1. ²¹⁾ Гетерозиготная мышь-рилер, которая является гаплоидостаточной для гена RELN, имеет некоторые нейрохимические и поведенческие аномалии с шизофренией и биполярным расстройством, но точная связь этих мышиных поведенческих изменений с патофизиологией шизофрении остается дискуссионной. Как было описано ранее, рилин играет решающую роль в модуляции ранней миграции нейробластов во время развития мозга. Свидетельства изменения положения нервных клеток в мозге пациентов с посмертной шизофренией и изменения в сетях регуляции генов, которые контролируют миграцию клеток, указывают на потенциальную связь между измененной экспрессией рилина в ткани мозга пациента с нарушенной клеточной миграцией во время развития мозга. Чтобы смоделировать роль рилина в контексте шизофрении на клеточном уровне, были получены обонятельные клетки из нейросферы, из биоптатов носа у пациентов с шизофренией и по сравнению с клетками здорового контроля. Клетки, полученные от пациентов с шизофренией, имеют пониженные уровни мРНК рилина и белка по сравнению со здоровыми контрольными клетками, но экспрессируют ключевые рецепторы рилина и вспомогательный белок DAB1. При выращивании in vitro, клетки, полученные от пациентов с шизофренией, были неспособны реагировать на рилин на поверхности культуры ткани; напротив, клетки, полученные от здорового контроля, могли изменять свою клеточную миграцию при воздействии рилина. ²²⁾ Эта работа показала, что отсутствие ответа на миграцию клеток в клетках, полученных от пациента, было вызвано неспособностью клетки производить достаточное количество очаговых спаек соответствующего размера при контакте с внеклеточным ретином. Необходимы дополнительные исследования моделей, основанных на клетках шизофрении, для изучения функции рилина или его отсутствия в патофизиологии шизофрении.

Снижение экспрессии RELN с одновременной активацией DNMT1 типично для биполярного расстройства с психозом, но не характерно для пациентов с клинической депрессией без психоза, что может говорить о специфической связи изменения с психозами. Одно исследование предполагает, что, в отличие от шизофрении, такие изменения обнаруживаются только в коре и не влияют на более глубокие структуры у пациентов с психотическим биполярным расстройством, так как было обнаружено, что их базальные ганглии имеют нормальные уровни DNMT1, и впоследствии уровни рилина и GAD67 были в пределах нормы. В генетическом исследовании, проведенном в 2009 году, предварительные данные, требующие дальнейшей репликации ДНК, позволили предположить, что вариация гена RELN (SNP rs362719) может быть связана с восприимчивостью к биполярному расстройству у женщин.

Аутизм представляет собой расстройство нервного развития, которое, как обычно полагают, вызвано мутациями в нескольких местах, вероятно, вызванными факторами окружающей среды. Роль рилина в аутизме еще не определена. Первоначально рилин участвовал в исследовании, обнаруживающем связи между аутизмом и полиморфным GGC / CGG-повтором, предшествующим 5'-кодону инициатора ATG гена RELN в итальянской популяции. Более длинные триплетные повторы в 5-й области были связаны с увеличением восприимчивости к аутизму. ²³⁾ Тем не менее, другое исследование 125 семей с множественной заболеваемостью и 68 семей с единичной заболеваемостью в последующем году не выявило существенных различий между длиной полиморфных повторов у пораженных и контрольной группы. Хотя при использовании семейного теста ассоциации было выявлено, что более крупные аллели рилина передаются чаще, чем ожидалось, пострадавшим детям. ²⁴⁾ Дополнительное исследование, изучающее 158 лиц с немецким происхождением, также не выявило признаков триплетных повторных полиморфизмов, связанных с аутизмом. И более масштабное исследование 2004 года, включавшее 395 семей, не выявило связи между аутистизмом и триплетным повтором CGG, а также размером аллеля по сравнению с возрастом, когда ребенок произнес первое слово. В 2010 году большое исследование с использованием данных 4 европейских когорт выявило бы связь между аутизмом и RELN-полиморфизмом rs362780. Исследования трансгенных мышей наводили на мысль о связи, но не окончательной.

Было обнаружено, что снижение экспрессии рилина в образцах тканей гиппокампа у пациентов с эпилепсией височной доли напрямую коррелирует со степенью дисперсии гранулярных клеток (ГГК), основной чертой заболевания, которая отмечается у 45–73% пациентов. Дисперсия, согласно небольшому исследованию, связана с гиперметилированием промотора RELN. ²⁵⁾ Согласно одному исследованию, длительные судороги в модели мезиальной височной доли эпилепсии на крысах привели к потере рилин-экспрессирующих интернейронов и последующей миграции эктопической цепи и аберрантной интеграции клеток дентатных гранул новорожденного. Без рилина нейробласты с миграцией цепи не смогли должным образом отсоединиться. Более того, в модели каинат-индуцированной мышиной эпилепсии, согласно одному исследованию, экзогенный рилин предотвращал ГГК.

Рецепторы рилина ApoER2 и VLDLR принадлежат к семейству генов рецепторов LDL. Все члены этого семейства являются рецепторами аполипопротеина E (ApoE). Поэтому их часто называют «ApoE-рецепторами». ApoE встречаются в 3 распространенных изоформах (E2, E3, E4) в человеческой популяции. ApoE4 является основным генетическим фактором риска поздней болезни Альцгеймера. Эта сильная генетическая ассоциация привела к предположению, что рецепторы ApoE играют центральную роль в патогенезе болезни Альцгеймера. Согласно одному исследованию, экспрессия рилина и паттерны гликозилирования изменяются при болезни Альцгеймера. В коре головного мозга уровни рилина были на 40% выше по сравнению с контролем, но уровни белка в мозжечке остаются нормальными у тех же пациентов. Это открытие согласуется с более ранним исследованием, показывающим присутствие рилина, связанного с амилоидными бляшками, на модели трансгенных мышей с БА. Большое генетическое исследование 2008 года показало, что вариабельность гена RELN связана с повышенным риском болезни Альцгеймера у женщин. Количество рилин-продуцирующих клеток Cajal-Retzius значительно снижается в первом кортикальном слое пациентов. Было показано, что рилин взаимодействует с белком-предшественником амилоида и, согласно одному исследованию in vitro, способен противодействовать Aβ-индуцированному ослаблению активности NMDA-рецепторов. Это модулируется изоформами ApoE, которые избирательно изменяют рециркуляцию ApoER2, а также рецепторов AMPA и NMDA. ²⁶⁾

Паттерны метилирования ДНК часто изменяются в опухолях, и это может повлиять на ген RELN: согласно одному исследованию, при раке поджелудочной железы экспрессия подавляется, наряду с другими компонентами пути рилина. В том же исследовании, сокращение пути рилина в раковые клетки, которые все еще экспрессировали рилин, приводили к повышенной подвижности и инвазивности. Напротив, при раке предстательной железы экспрессия RELN является чрезмерной и коррелирует с показателем Глисона. Ретинобластома представляет собой еще один пример гиперэкспрессии RELN. Этот ген также часто мутировал в случаях острого лимфобластного лейкоза. ²⁷⁾

Одно исследование ассоциации всего генома указывает на возможную роль вариабельности гена RELN при отосклерозе, аномальном росте кости среднего уха. В статистическом поиске генов, которые дифференциально экспрессируются в мозге устойчивых к малярии головного мозга мышей и восприимчивых к церебральной малярии, Delahaye et al. обнаружил значительную активацию как RELN, так и DAB1, и высказал предположение о возможных защитных эффектах такой сверхэкспрессии. ²⁸⁾

Экспрессия рилина контролируется рядом факторов, помимо количества клеток Cajal-Retzius. Например, транскрипционный фактор TBR1 регулирует RELN наряду с другими генами, содержащими T-элемент. На более высоком уровне было обнаружено, что увеличение материнской заботы коррелирует с экспрессией рилина у щенков крысы; о такой корреляции сообщалось в гиппокампе и в коре. Согласно одному сообщению, длительное воздействие кортикостерона значительно снижало экспрессию рилина в мышиных гиппокампах, что, возможно, относится к гипотетической роли кортикостероидов в депрессии. Одно небольшое посмертное исследование выявило повышенное метилирование гена RELN в неокортексе у лиц, достигших половой зрелости, по сравнению с теми, кто еще не вступил в период созревания. ²⁹⁾

Поскольку рилин вовлечен в ряд заболеваний головного мозга, и его экспрессия обычно измеряется посмертно, оценка возможных эффектов медикаментов важна. Согласно эпигенетической гипотезе, лекарственные средства, которые сдвигают баланс в пользу деметилирования, могут ослабить предполагаемое вызванное метилированием подавление RELN и GAD67. В одном исследовании было показано, что клозапин и сульпирид, но не галоперидол и оланзапин, усиливают деметилирование обоих генов у мышей, предварительно получавших l-метионин. ³⁰⁾ Предполагается, что вальпроевая кислота, ингибитор гистондеацетилазы, при приеме в сочетании с антипсихотическими препаратами имеет некоторые преимущества. Но есть исследования, противоречащие основной предпосылке эпигенетической гипотезы, и исследование Fatemi et al. не показывает увеличения экспрессии RELN вальпроевой кислотой; что указывает на необходимость дальнейшего расследования. Fatemi et al. провел исследование, в котором измеряли уровни мРНК RELN и белка рилина в префронтальной коре крысы после 21-дневного внутрибрюшинного введения препаратов. В 2009 году Fatemi et al. опубликовал более подробную работу на крысах, использующих тот же препарат. Здесь помимо самого рилина была измерена кортикальная экспрессия нескольких участников (VLDLR, DAB1, GSK3B) сигнальной цепи, а также экспрессии GAD65 и GAD67.

:Tags