Два белка, регулирующие деление клеток, совместно контролируют дифференцировку нейронов

Исследователи из Института молекулярной и клеточной биологии A*STAR определили компоненты молекулярного механизма, который останавливает деление нейральных стволовых клеток и затем способствует их дифференцировке в различные типы клеток мозга. Во время развития нервной системы белки, называемые циклин-зависимыми киназами (Cdk), строго регулируют баланс между пролиферацией и дифференцировкой нейральных стволовых клеток, но точная роль каждой Cdk в этих процессах изучена недостаточно.

Для исследования функций этих белков лаборатория Калдиса создала мутантных мышей, лишённых генов, кодирующих Cdk2 и Cdk4, которые, как известно, участвуют в регуляции деления клеток. Мутантные животные погибали от пороков сердца примерно на пятнадцатый день эмбрионального развития и имели аномалии мозга, пролившие свет на роль Cdk2 и Cdk4 в нейральном развитии.

Лим и Калдис исследовали мозг мутантных животных и обнаружили, что у них был увеличен задний мозг и расширены мозговые желудочки по сравнению с нормальными мышами. У них также был более тонкий неокортекс, в котором отсутствовали обычно чёткие границы между клеточными слоями. Более детальное исследование показало, что вентрикулярная зона, содержащая делящиеся стволовые клетки, не была затронута, но нейронные слои были уменьшены примерно на 46%.

Затем исследователи выделили нейральные стволовые клетки из мозга мутантных и нормальных животных и использовали окрашивание антителами для изучения экспрессируемых ими генов. Клетки обоих типов животных экспрессировали гены, необходимые для самообновления, что позволяет предположить, что удаление генов Cdk2 и Cdk4 не изменяет характеристики стволовых клеток.

Хотя пролиферация нейральных стволовых клеток мутантов в основном не была нарушена, клетки были более склонны к спонтанной дифференцировке после длительного периода в культуре по сравнению с клетками нормальных животных. Дальнейшие эксперименты показали, что эта усиленная дифференцировка в значительной степени обусловлена изменениями в делении клеток, так что интервал между каждым раундом деления увеличивается.

Это может продлить период времени, в течение которого химические сигналы, индуцирующие дифференцировку, могут воздействовать на клетки. Отсутствие Cdk2 и Cdk4 также может вызывать изменённое биохимическое состояние, которое подготавливает стволовые клетки к дифференцировке в нейроны. Вместе эти результаты позволяют предположить, что высокий уровень активности Cdk способствует самообновлению нейральных стволовых клеток и препятствует их дифференцировке.

«В настоящее время мы анализируем конкретный субстрат Cdks в нейральных стволовых клетках, чтобы определить молекулярный механизм нашего наблюдения», — говорит Калдис.