Ścieżka sygnalizacyjna Notch - Notch signaling pathway

Sygnał jukstakrynowy, w którym pośredniczy wycięcie między sąsiednimi komórkami
Kroki sygnalizacyjne wycięcia

Szlak sygnalizacyjny Notch jest wysoce konserwatywnym systemem sygnalizacyjnym komórkowym obecnym u większości zwierząt. Ssaki posiadają cztery różne receptory notch , określane jako NOTCH1 , NOTCH2 , NOTCH3 i NOTCH4 . Receptor wycięcia jest białkiem receptora przezbłonowego pojedynczego przejścia . Jest to heterooligomer składający się z dużej części zewnątrzkomórkowej , która łączy się w zależnej od wapnia , niekowalencyjnej interakcji z mniejszym fragmentem białka wycięcia, składającym się z krótkiego obszaru zewnątrzkomórkowego, pojedynczego przejścia przezbłonowego i małego wewnątrzkomórkowego region.

Sygnalizacja Notch promuje sygnalizację proliferacyjną podczas neurogenezy , a jej aktywność jest hamowana przez Numb, aby promować różnicowanie neuronalne. Odgrywa ważną rolę w regulacji rozwoju embrionalnego.

Odkrycie

W 1914 roku John S. Dexter zauważył pojawienie się nacięcia na skrzydłach muszki owocowej Drosophila melanogaster . Te allele genu zidentyfikowano w 1917 roku przez amerykański biolog ewolucyjny Thomas Hunt Morgan . Jego analiza molekularna i sekwencjonowanie zostały niezależnie podjęte w latach 80. przez Spyrosa Artavanisa-Tsakonasa i Michaela W. Younga . Allele dwóch genów Notch C. elegans zidentyfikowano na podstawie fenotypów rozwojowych: lin-12 i glp-1 . Klonowanie i częściowa sekwencja lin-12 została opisana w tym samym czasie co Drosophila Notch przez Iva Greenwald.

Mechanizm akcji

Dalsze informacje: białko Notch

Te białka Notch rozciągający się od błony komórkowej , a jej części wewnętrznej i części zewnętrznej. Białka liganda wiążące się z domeną zewnątrzkomórkową indukują rozszczepienie proteolityczne i uwalnianie domeny wewnątrzkomórkowej, która wchodzi do jądra komórkowego w celu modyfikacji ekspresji genów .

Model rozszczepiania został po raz pierwszy zaproponowany w 1993 roku w oparciu o pracę wykonaną z Drosophila Notch i C. elegans lin-12 , poinformowaną o pierwszej onkogennej mutacji wpływającej na ludzki gen Notch . Przekonujące dowody dla tego modelu zostały dostarczone w 1998 przez analizę in vivo u Drosophila Gary'ego Struhla oraz w hodowli komórkowej Raphaela Kopana. Chociaż ten model był początkowo kwestionowany, dowody na jego korzyść były niepodważalne do 2001 roku.

Receptor jest zwykle wyzwalany przez bezpośredni kontakt komórka-komórka, w którym białka transbłonowe komórek w bezpośrednim kontakcie tworzą ligandy wiążące receptor wycięcia. Wiązanie Notch umożliwia grupom komórek organizowanie się w taki sposób, że jeśli jedna komórka wyraża daną cechę, może to zostać wyłączone w sąsiednich komórkach przez międzykomórkowy sygnał wycięcia. W ten sposób grupy komórek oddziałują na siebie, tworząc duże struktury. Zatem mechanizmy hamowania bocznego są kluczem do sygnalizacji Notch. lin-12 i Notch pośredniczą w decyzjach o losie komórek binarnych, a hamowanie boczne obejmuje mechanizmy sprzężenia zwrotnego, które wzmacniają początkowe różnice.

Wycięcie kaskady polega na poziomie i Notch ligandy , jak i wewnątrzkomórkowe białka przekazujące sygnał, wycięcie jądra komórki. Stwierdzono, że rodzina receptorów Notch/Lin-12/Glp-1 jest zaangażowana w określanie losów komórek podczas rozwoju Drosophila i C. elegans .

Domena wewnątrzkomórkowa Notch tworzy kompleks z CBF1 i Mastermind, aby aktywować transkrypcję genów docelowych. Określono strukturę kompleksu.

Funkcjonować

Szlak sygnałowy Notch jest ważny dla komunikacji komórka-komórka, która obejmuje mechanizmy regulacji genów, które kontrolują wiele procesów różnicowania komórek podczas życia embrionalnego i dorosłego. Sygnalizacja Notch odgrywa również rolę w następujących procesach:

Sygnalizacja notch jest rozregulowana w wielu nowotworach, a wadliwa sygnalizacja notch jest zaangażowana w wiele chorób, w tym T-ALL (ostra białaczka limfoblastyczna z komórek T), CADASIL (autosomalna dominująca arteriopatia mózgowa z zawałami podkorowymi i leukoencefalopatią), stwardnienie rozsiane (MS ), tetralogia Fallota , zespół Alagille i wiele innych stanów chorobowych.

Wykazano, że hamowanie sygnalizacji wycięcia ma działanie antyproliferacyjne na ostrą białaczkę limfoblastyczną z limfocytów T w hodowanych komórkach iw modelu mysim. Stwierdzono również, że Rex1 ma hamujący wpływ na ekspresję wcięcia w mezenchymalnych komórkach macierzystych , zapobiegając różnicowaniu.

Ścieżka

Dojrzewanie receptora wycięcia obejmuje rozszczepienie po potencjalnej stronie zewnątrzkomórkowej podczas przemieszczania się wewnątrzkomórkowego w kompleksie Golgiego. W wyniku tego powstaje dwuczęściowe białko, składające się z dużej domeny zewnątrzkomórkowej połączonej z mniejszą domeną transbłonową i wewnątrzkomórkową. Wiązanie liganda promuje dwa zdarzenia przetwarzania proteolitycznego; w wyniku proteolizy domena wewnątrzkomórkowa zostaje uwolniona i może wejść do jądra, aby zaangażować inne białka wiążące DNA i regulować ekspresję genów.

Notch i większość jego ligandów to białka transbłonowe, więc komórki wyrażające ligandy zazwyczaj muszą sąsiadować z komórką wyrażającą notch, aby zaszła sygnalizacja. Ligandy wycięcia są również białkami transbłonowymi z pojedynczym przejściem i należą do rodziny białek DSL (Delta/Serrate/LAG-2). U Drosophila melanogaster (mucha owocowa) występują dwa ligandy o nazwach Delta i Serrate . U ssaków odpowiednie nazwy to Delta-like i Jagged . U ssaków występuje wiele ligandów typu Delta i Jagged, a także prawdopodobnie wiele innych ligandów, takich jak F3/kontaktyna.

U nicienia C. elegans dwa geny kodują homologiczne białka, glp-1 i lin-12 . Co najmniej jeden raport sugeruje, że niektóre komórki mogą wysyłać procesy, które umożliwiają sygnalizację między komórkami oddalonymi o cztery lub pięć średnic komórek.

Domena zewnątrzkomórkowa wycięcia składa się głównie z małych, bogatych w cystynę motywów zwanych powtórzeniami podobnymi do EGF .

Na przykład wycięcie 1 ma 36 takich powtórzeń. Każde powtórzenie podobne do EGF składa się z około 40 aminokwasów, a jego strukturę definiuje w dużej mierze sześć konserwatywnych reszt cysteinowych, które tworzą trzy konserwowane wiązania disiarczkowe. Każde powtórzenie podobne do EGF może być modyfikowane przez O- połączone glikany w określonych miejscach. O -glukoza cukru mogą być dodane pomiędzy pierwszym i drugim konserwowanych cystein, i O -fucose można dodawać pomiędzy drugim i trzecim konserwatywnych cystein. Te cukry są dodawane odpowiednio przez dotychczas niezidentyfikowaną O- glukozylotransferazę (z wyjątkiem Rumi ) i O- fukozylotransferazę 1 białka GDP-fukozy ( POFUT1 ). Dodanie O- fukozy przez POFUT1 jest absolutnie konieczne dla funkcjonowania notch, a bez enzymu dodającego O- fukozę wszystkie białka notch nie działają prawidłowo. Jak dotąd, sposób, w jaki glikozylacja karbu wpływa na funkcję, nie jest w pełni zrozumiały.

O -glukoza w wycięciu może być dodatkowo wydłużony do trisacharydu z dodatkiem dwóch ksylozy cukrów xylosyltransferases i O -fucose mogą być wydłużone do tetrasacharydu o uporządkowanej dodanie N-acetyloglukozaminy (GlcNAc) cukru przez N -Acetyloglukozaminylotransferaza zwana Fringe , dodanie galaktozy przez galaktozylotransferazę oraz dodanie kwasu sialowego przez sialilotransferazę .

Aby dodać kolejny poziom złożoności, u ssaków istnieją trzy transferazy Fringe GlcNAc, nazwane lunatic fringe, manic fringe i radykalne frędzle. Enzymy te są odpowiedzialne za coś, co nazywa się „efektem brzegowym” w sygnalizacji wycięcia. Jeśli Fringe doda GlcNAc do cukru O- fukozy, wtedy nastąpi dodanie galaktozy i kwasu sialowego. W obecności tego tetrasacharydu sygnał notch silnie sygnalizuje, gdy oddziałuje z ligandem Delta, ale znacznie hamuje sygnalizację, gdy oddziałuje z ligandem Jagged. Sposób, w jaki to dodanie cukru hamuje przekazywanie sygnału przez jeden ligand i wzmacnia przekazywanie sygnału przez inny, nie jest jasno zrozumiany.

Gdy domena zewnątrzkomórkowa wycięcia wejdzie w interakcję z ligandem, metaloproteaza z rodziny ADAM zwana ADAM10 rozcina białko wycięcia tuż poza błoną. Powoduje to uwolnienie pozakomórkowej części wycięcia (NECD), która nadal oddziałuje z ligandem. Ligand plus domena zewnątrzkomórkowa wycięcia jest następnie endocytozowana przez komórkę eksprymującą ligand. Po endocytozie mogą wystąpić efekty sygnalizacyjne w komórce eksprymującej ligand; ta część sygnalizacji notch jest przedmiotem aktywnych badań. Po tym pierwszym rozszczepieniu, enzym zwany sekretazą γ (który jest związany z chorobą Alzheimera ) rozszczepia pozostałą część białka wycięcia tuż wewnątrz wewnętrznego płatka błony komórkowej komórki z ekspresją wycięcia. Powoduje to uwolnienie wewnątrzkomórkowej domeny białka wycięcia (NICD), które następnie przemieszcza się do jądra , gdzie może regulować ekspresję genów poprzez aktywację czynnika transkrypcyjnego CSL . Początkowo sądzono, że te białka CSL tłumią transkrypcję docelową Notch. Jednak dalsze badania wykazały, że gdy domena wewnątrzkomórkowa wiąże się z kompleksem, zmienia się z represora w aktywator transkrypcji. Inne białka również uczestniczą w wewnątrzkomórkowej części kaskady sygnalizacji wycięcia.

Interakcje z ligandami

Struktura krystaliczna kompleksu Notch1-DLL4 przedstawiona jako interakcja, która ma zachodzić między dwiema komórkami (PDB ID: 4XLW)

Sygnalizacja Notch jest inicjowana, gdy receptory Notch na powierzchni komórki angażują ligandy prezentowane w trans na przeciwstawnych komórkach . Pomimo ekspansywnego rozmiaru zewnątrzkomórkowej domeny Notch, wykazano, że domeny EGF 11 i 12 są krytycznymi wyznacznikami interakcji z Delta. Dodatkowe badania wskazywały na regiony poza Notch EGF11-12 w wiązaniu ligandu. Na przykład, domena 8 Notch EGF odgrywa rolę w selektywnym rozpoznawaniu domen Serrate/Jagged i EGF 6-15 są wymagane do maksymalnej sygnalizacji po stymulacji ligandem. Struktura krystaliczna oddziałujących regionów Notch1 i Delta-like 4 (Dll4) zapewniła wizualizację na poziomie molekularnym interakcji Notch-ligand i ujawniła, że ​​N-końcowe domeny MNNL (lub C2) i DSL ligandów wiążą się z Notch EGF domeny 12 i 11, odpowiednio. Struktura Notch1-Dll4 wyjaśniła również bezpośrednią rolę Notch O-połączonych ugrupowań fukozy i glukozy w rozpoznawaniu ligandów i zracjonalizowała mechanizm strukturalny dostrajania sygnalizacji Notch za pośrednictwem glikanów.

Embriogeneza

Szlak sygnałowy Notch odgrywa ważną rolę w komunikacji międzykomórkowej i dodatkowo reguluje rozwój embrionalny.

Polaryzacja zarodków

Sygnalizacja notch jest wymagana w regulacji polaryzacji. Na przykład eksperymenty z mutacjami wykazały, że utrata sygnalizacji Notch powoduje nieprawidłową polaryzację przednio-tylną u somitów . Ponadto sygnalizacja Notch jest wymagana podczas określania asymetrii lewo-prawo u kręgowców.

Wczesne badania na modelu nicieni C. elegans wskazują, że sygnalizacja Notch odgrywa główną rolę w indukcji mezodermy i determinacji losu komórek. Jak wspomniano wcześniej, C. elegans ma dwa geny, które kodują częściowo funkcjonalnie zbędne homologi Notch, glp-1 i lin-12 . Podczas C. elegans, GLP-1, homolog C. elegans Notch, oddziałuje z APX-1, homologiem C. elegans Delta. Ta sygnalizacja między poszczególnymi blastomerami indukuje różnicowanie losów komórek i ustala oś grzbietowo-brzuszną.

Somitogeneza

Sygnalizacja Notch ma kluczowe znaczenie dla somitogenezy . W 1995 r. wykazano, że Notch1 odgrywa ważną rolę w koordynowaniu segmentacji somitów u myszy. Dalsze badania zidentyfikowały rolę sygnalizacji Notch w zegarze segmentacji. W badaniach tych wysunięto hipotezę, że podstawowa funkcja sygnalizacji Notch nie działa na pojedynczą komórkę, ale koordynuje zegary komórkowe i utrzymuje ich synchronizację. Ta hipoteza wyjaśnia rolę sygnalizacji Notch w rozwoju segmentacji i została poparta eksperymentami na myszach i danio pręgowanym. Eksperymenty na zmutowanych myszach Delta1, które wykazują nieprawidłową somitogenezę z utratą przedniej/tylnej polaryzacji sugerują, że sygnalizacja Notch jest również niezbędna do utrzymania granic somitów.

Podczas somitogenezy oscylator molekularny w przyosiowych komórkach mezodermy dyktuje dokładną szybkość tworzenia somitów. Zaproponowano model zegara i frontu falowego w celu przestrzennego określenia położenia i granic między somitami . Proces ten jest ściśle regulowany, ponieważ somity muszą mieć odpowiednią wielkość i odstępy, aby uniknąć wad rozwojowych szkieletu osiowego, które mogą potencjalnie prowadzić do dysostozy spondylokostnej . Kilka kluczowych elementów ścieżki sygnałowej Notch pomaga koordynować kluczowe etapy tego procesu. U myszy mutacje w Notch1, Dll1 lub Dll3, Lfng lub Hes7 powodują nieprawidłowe tworzenie się somitów. Podobnie u ludzi zaobserwowano, że następujące mutacje prowadzą do rozwoju dysostozy kręgosłupa: DLL3, LFNG lub HES7.

Różnicowanie naskórka

Wiadomo, że sygnalizacja notch występuje wewnątrz rzęskowych, różnicujących komórek znajdujących się w pierwszych warstwach naskórka podczas wczesnego rozwoju skóry. Ponadto stwierdzono, że presenilina-2 działa w połączeniu z ARF4 w celu regulacji sygnalizacji Notch podczas tego rozwoju. Jednak pozostaje do ustalenia, czy gamma-sekretaza odgrywa bezpośrednią lub pośrednią rolę w modulowaniu sygnalizacji Notch.

Rozwój i funkcjonowanie ośrodkowego układu nerwowego

Hamowanie boczne Notch-Delta w nerwowych komórkach macierzystych, skutkujące generacją progenitorów neuronalnych i glejowych.

Wczesne odkrycia dotyczące sygnalizacji Notch w rozwoju ośrodkowego układu nerwowego (OUN) przeprowadzono głównie u Drosophila z eksperymentami mutagenezy . Na przykład odkrycie, że embrionalny fenotyp śmiertelny u Drosophila był powiązany z dysfunkcją Notch, wskazuje, że mutacje Notch mogą prowadzić do niepowodzenia segregacji komórek nerwowych i naskórkowych we wczesnych zarodkach Drosophila . W ciągu ostatniej dekady postępy w technikach mutacji i nokautu umożliwiły badania nad szlakiem sygnałowym Notch w modelach ssaków, zwłaszcza gryzoni.

Stwierdzono, że szlak sygnałowy Notch ma kluczowe znaczenie głównie dla utrzymania i samoodnowy neuronalnych komórek progenitorowych (NPC). W ostatnich latach odkryto również inne funkcje szlaku Notch, w tym specyfikację komórek glejowych , rozwój neurytów , a także uczenie się i pamięć.

Różnicowanie komórek neuronowych

Szlak Notch jest niezbędny do utrzymania NPC w rozwijającym się mózgu. Aktywacja szlaku jest wystarczająca do utrzymania NPC w stanie proliferacji, podczas gdy mutacje utraty funkcji w krytycznych składnikach szlaku powodują przedwczesne różnicowanie neuronów i zmniejszenie liczby NPC. Modulatory sygnału Notch, np. białko Numb, są w stanie antagonizować efekty Notch, powodując zatrzymanie cyklu komórkowego i różnicowanie NPC. Z drugiej strony, czynnik wzrostu fibroblastów ścieżka sprzyja Notch w stanie utrzymać komórki macierzyste z kory mózgowej w stadium proliferacji wysokości mechanizmu regulującego korowej wzrostu pola powierzchni, a potencjalnie gyrification . W ten sposób sygnalizacja Notch kontroluje samoodnowę NPC, jak również specyfikację losu komórki.

Wykazano, że niekanoniczna gałąź szlaku sygnałowego Notch, która obejmuje fosforylację STAT3 na reszcie seryny w pozycji aminokwasowej 727, a następnie wzrost ekspresji Hes3 ( oś sygnalizacyjna STAT3-Ser/Hes3 ) reguluje liczbę NPC w hodowli oraz w mózgu dorosłego gryzoni.

U dorosłych gryzoni iw hodowli komórkowej Notch3 promuje różnicowanie neuronów, pełniąc rolę odwrotną do Notch1/2. Wskazuje to, że poszczególne receptory Notch mogą mieć rozbieżne funkcje, w zależności od kontekstu komórkowego.

Rozwój neurytów

Badania in vitro pokazują, że Notch może wpływać na rozwój neurytów . In vivo , usunięcie modulatora sygnalizacji Notch, Numb, zaburza dojrzewanie neuronów w rozwijającym się móżdżku, podczas gdy usunięcie Numb zaburza arboryzację aksonów w zwojach czuciowych. Chociaż mechanizm leżący u podstaw tego zjawiska nie jest jasny, razem te odkrycia sugerują, że sygnalizacja Notch może być kluczowa w dojrzewaniu neuronów.

Gliogeneza

W gliogenezie Notch wydaje się odgrywać pouczającą rolę, która może bezpośrednio promować różnicowanie wielu podtypów komórek glejowych . Na przykład, aktywacja sygnalizacji Notch w siatkówce sprzyja wytwarzaniu komórek glejowych Mullera kosztem neuronów, podczas gdy zmniejszona sygnalizacja Notch indukuje wytwarzanie komórek zwojowych, powodując zmniejszenie liczby komórek glejowych Mullera.

Funkcja mózgu dorosłych

Poza rolą w rozwoju, dowody wskazują, że sygnalizacja Notch jest również zaangażowana w apoptozę neuronów, retrakcję neurytów i neurodegenerację udaru niedokrwiennego mózgu. Oprócz funkcji rozwojowych, białka i ligandy Notch są wyrażane w komórkach układu nerwowego dorosłych, sugerując rolę w plastyczności OUN przez całe życie. Dorosłe myszy heterozygotyczne pod względem mutacji w Notch1 lub Cbf1 mają deficyty w uczeniu się przestrzennym i pamięci. Podobne wyniki obserwuje się w doświadczeniach z prezenilinami 1 i 2, które pośredniczą w śródbłoniastym rozszczepieniu Notch. Konkretnie, warunkowa delecja prezenilin 3 tygodnie po urodzeniu w neuronach pobudzających powoduje deficyty uczenia się i pamięci, dysfunkcję neuronów i stopniową neurodegenerację. Kilka inhibitorów sekretazy gamma , które poddano badaniom klinicznym na ludziach w chorobie Alzheimera iu pacjentów z MCI, spowodowało statystycznie istotne pogorszenie funkcji poznawczych w porównaniu z kontrolami, co uważa się za spowodowane jego przypadkowym wpływem na sygnalizację Notch.

Rozwój sercowo-naczyniowy

Szlak sygnałowy Notch jest kluczowym elementem tworzenia układu sercowo-naczyniowego i morfogenezy zarówno w rozwoju, jak i chorobie. Jest niezbędny do selekcji śródbłonkowych komórek wierzchołkowych i szypułkowych podczas angiogenezy kiełkującej .

Rozwój serca

Szlak sygnałowy Notch odgrywa kluczową rolę w co najmniej trzech procesach rozwoju serca: rozwoju kanału przedsionkowo-komorowego, rozwoju mięśnia sercowego i rozwoju drogi odpływu serca (OFT).

Rozwój kanału przedsionkowo-komorowego (AV)

  • Tworzenie granicy AV
Sygnalizacja Notch może regulować tworzenie granicy przedsionkowo-komorowej między kanałem AV a komorą mięśnia sercowego.
Badania wykazały, że zarówno utrata, jak i zyskanie funkcji szlaku Notch powoduje defekty w rozwoju kanału AV. Ponadto, docelowe geny Notch HEY1 i HEY2 są zaangażowane w ograniczanie ekspresji dwóch kluczowych dla rozwoju białek regulatorowych, BMP2 i Tbx2, w kanale AV.
  • Przejście nabłonkowo-mezenchymalne AV (EMT)
Sygnalizacja Notch jest również ważna dla procesu AV EMT , który jest wymagany do dojrzewania kanału AV. Po utworzeniu granicy kanału AV podzbiór komórek wsierdzia wyścielających kanał AV jest aktywowany przez sygnały pochodzące z mięśnia sercowego i przez wewnątrzwsierdziowe szlaki sygnałowe w celu poddania EMT. Niedobór Notch1 powoduje wadliwą indukcję EMT. Widocznych jest bardzo niewiele komórek migrujących i brak im morfologii mezenchymalnej. Notch może regulować ten proces poprzez aktywację ekspresji metaloproteinazy macierzy 2 (MMP2) lub przez hamowanie ekspresji kadheryny śródbłonka naczyniowego (VE) we wsierdziu kanału AV, jednocześnie hamując szlak VEGF przez VEGFR2. U mutantów ukierunkowanych na RBPJk/CBF1 rozwój zastawek serca jest poważnie zakłócony, prawdopodobnie z powodu wadliwego dojrzewania i sygnalizacji wsierdzia.

Rozwój komór

Niektóre badania na Xenopus i mysich embrionalnych komórkach macierzystych wskazują, że zaangażowanie i różnicowanie kardiomiogenne wymaga zahamowania sygnalizacji Notch. Aktywna sygnalizacja Notch jest wymagana we wsierdziu komorowym do prawidłowego rozwoju beleczek beleczek po specyfikacji mięśnia sercowego poprzez regulację ekspresji BMP10 , NRG1 i Efryny B2. Sygnalizacja Notch podtrzymuje proliferację niedojrzałych kardiomiocytów u ssaków i danio pręgowanego.
Wykazano również, że efektor downstream sygnalizacji Notch, HEY2, jest ważny w regulacji rozwoju komór poprzez jego ekspresję w przegrodzie międzykomorowej i komórkach wsierdzia poduszek serca . Specyficzna delecja HEY2 przez kardiomiocyty i komórki mięśni gładkich powoduje upośledzenie kurczliwości serca, zniekształcenie prawej komory i ubytki przegrody międzykomorowej.

Rozwój drogi odpływu komorowego

Podczas rozwoju łuku aorty i tętnic łuku aorty receptory Notch, ligandy i geny docelowe wykazują unikalny wzór ekspresji. Gdy szlak Notch został zablokowany, indukcja ekspresji markera komórek mięśni gładkich naczyń nie wystąpiła, co sugeruje, że Notch bierze udział w różnicowaniu komórek grzebienia nerwowego serca w komórki naczyniowe podczas rozwoju drogi odpływu.

Angiogeneza

Komórki śródbłonka wykorzystują szlak sygnałowy Notch do koordynowania zachowań komórkowych podczas kiełkowania naczyń krwionośnych, które następuje w angiogenezie kiełkowania .

Aktywacja Notch zachodzi głównie w komórkach „ łącznikowych ” i komórkach, które wyścielają drożne, stabilne naczynia krwionośne poprzez bezpośrednie oddziaływanie z ligandem Notch, ligandem Delta-like 4 (Dll4), który ulega ekspresji w śródbłonkowych komórkach wierzchołkowych. Sygnalizacja VEGF, która jest ważnym czynnikiem migracji i proliferacji komórek śródbłonka, może być regulowana w dół w komórkach z aktywowaną sygnalizacją Notch poprzez obniżenie poziomów transkryptu receptora Vegf. Zarodki danio pręgowanego bez sygnalizacji Notch wykazują ektopową i trwałą ekspresję ortologa danio pręgowanego VEGF3, flt4, we wszystkich komórkach śródbłonka, podczas gdy aktywacja Notch całkowicie tłumi jego ekspresję.

Sygnalizacja Notch może być wykorzystywana do kontrolowania wzoru kiełkowania naczyń krwionośnych podczas angiogenezy. Kiedy komórki w drożnym naczyniu są wystawione na sygnalizację VEGF , tylko ograniczona ich liczba inicjuje proces angiogeniczny. Vegf jest w stanie indukować ekspresję DLL4 . Z kolei komórki eksprymujące DLL4 obniżają poziom receptorów Vegf w sąsiednich komórkach poprzez aktywację Notch, zapobiegając w ten sposób ich migracji do rozwijającego się kiełka. Podobnie podczas samego procesu kiełkowania zachowanie migracyjne komórek łączących musi być ograniczone, aby zachować drożne połączenie z pierwotnym naczyniem krwionośnym.

Rozwój endokrynologiczny

Podczas rozwoju endoderma ostateczna i ektoderma różnicują się w kilka linii nabłonka przewodu pokarmowego, w tym komórki endokrynologiczne. Wiele badań wskazuje, że sygnalizacja Notch odgrywa ważną rolę w rozwoju endokrynologicznym.

Rozwój trzustki

Tworzenie się trzustki z endodermy rozpoczyna się we wczesnym stadium rozwoju. Ekspresję elementów szlaku sygnalizacyjnego Notch stwierdzono w rozwijającej się trzustce, co sugeruje, że sygnalizacja Notch jest ważna w rozwoju trzustki. Dowody sugerują, że sygnalizacja Notch reguluje postępującą rekrutację typów komórek endokrynnych ze wspólnego prekursora, działając poprzez dwa możliwe mechanizmy. Jednym z nich jest „boczne hamowanie”, które określa niektóre komórki dla pierwotnego losu, a inne dla drugorzędnego losu wśród komórek, które mają potencjał do przyjęcia tego samego losu. Hamowanie boczne jest wymagane do wielu rodzajów określania losu komórek. Tutaj może to wyjaśniać rozproszoną dystrybucję komórek endokrynnych w nabłonku trzustki. Drugi mechanizm to „podtrzymanie supresyjne”, które wyjaśnia rolę sygnalizacji Notch w różnicowaniu trzustki. Uważa się, że w tej aktywności ważny jest czynnik wzrostu fibroblastów10, ale szczegóły są niejasne.

Rozwój jelit

Rola sygnalizacji Notch w regulacji rozwoju jelit została wskazana w kilku raportach. Mutacje w elementach szlaku sygnałowego Notch wpływają na najwcześniejsze decyzje dotyczące losu komórek jelitowych podczas rozwoju danio pręgowanego. Analiza transkrypcyjna i eksperymenty wzmocnienia funkcji ujawniły, że sygnalizacja Notch celuje w Hes1 w jelicie i reguluje binarną decyzję o losie komórek między losami komórek adsorpcyjnych i wydzielniczych.

Rozwój kości

Wczesne badania in vitro wykazały, że szlak sygnałowy Notch działa jako regulator w dół w osteoklastogenezie i osteoblastogenezie . Notch1 ulega ekspresji w obszarze kondensacji mezenchymalnej, a następnie w hipertroficznych chondrocytach podczas chondrogenezy. Nadekspresja sygnalizacji Notch hamuje różnicowanie osteoblastów wywołane przez białko 2 morfogenetyczne kości. Ogólnie rzecz biorąc, sygnalizacja Notch odgrywa główną rolę w zaangażowaniu komórek mezenchymalnych w linię osteoblastyczną i zapewnia możliwe terapeutyczne podejście do regeneracji kości.

Rozwój układu oddechowego

Notch odgrywa rolę w rozwoju pęcherzyków w płucach .

Nowotwór

Rola sygnalizacji Notch w białaczce

Nieprawidłowa sygnalizacja Notch jest czynnikiem napędzającym ostrą białaczkę limfoblastyczną z komórek T (T-ALL) i jest zmutowana w co najmniej 65% wszystkich przypadków T-ALL. Sygnalizacja Notch może być aktywowana przez mutacje w samym Notch, inaktywujące mutacje w FBXW7 (ujemny regulator Notch1) lub rzadko przez translokację t(7;9)(q34;q34.3). W kontekście T-ALL, aktywność Notch współpracuje z dodatkowymi zmianami onkogennymi, takimi jak c-MYC, aby aktywować szlaki anaboliczne, takie jak biosynteza rybosomów i białek, promując w ten sposób wzrost komórek białaczki.

Inhibitory karbu

Zobacz też: DAPT (chemiczny)

Zaangażowanie sygnalizacji Notch w wielu nowotworach doprowadziło do zbadania inhibitorów notch (zwłaszcza inhibitorów gamma-sekretazy ) jako terapii przeciwnowotworowych, które znajdują się w różnych fazach badań klinicznych. Od 2013 r. co najmniej 7 inhibitorów notch było w badaniach klinicznych. MK-0752 dał obiecujące wyniki we wczesnej próbie klinicznej raka piersi. Badania przedkliniczne wykazały korzystny wpływ inhibitorów gamma-sekretazy na endometriozę , chorobę charakteryzującą się zwiększoną ekspresją składników szlaku wycięcia.

Sygnalizacja syntetycznego wycięcia

Możliwe jest skonstruowanie syntetycznych receptorów Notch przez zastąpienie zewnątrzkomórkowego receptora i wewnątrzkomórkowych domen transkrypcyjnych innymi wybranymi domenami. Pozwala to naukowcom wybrać, które ligandy są wykrywane i które geny są regulowane w górę w odpowiedzi. Korzystając z tej technologii, komórki mogą zgłaszać lub zmieniać swoje zachowanie w odpowiedzi na kontakt z określonymi przez użytkownika sygnałami, ułatwiając nowe kierunki badań podstawowych i stosowanych nad sygnalizacją komórka-komórka. Warto zauważyć, że system ten umożliwia równoległe wbudowanie w komórkę wielu ścieżek syntezy.

Bibliografia

Zewnętrzne linki