Нейрональный белок GAP-43 в ранних эмбрионах мыши

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. GAP-43 (growth-associated protein 43) — специфический нейрональный белок позвоночных животных, локализованный преимущественно на плазматической мембране аксонных окончаний. GAP-43 играет важную роль в ориентации конусов роста аксонов, в регенеративных процессах в нервной системе и в синаптической пластичности. Недавно нами было показано, что GAP-43 присутствует в ооцитах и зиготах мыши, где он локализован в цитоплазме, что, предположительно, связано с особенностями его экспрессии и модификаций в этих клетках.

Цель — исследование особенностей локализации GAP-43 в клетках ранних (предимплантационных) эмбрионов мыши — от стадии зиготы до стадии бластоцисты.

Материалы и методы. В работе были использованы мыши гибриды F1 C57BL/CBA. Ооциты и зиготы получали с помощью гормональной стимуляции самок. Для иммуноцитохимического окрашивания ооцитов и ранних эмбрионов использовали первичные поликлональные антитела к белку GAP-43 и к его фосфорилированной (по остатку Ser41) форме.

Результаты. С помощью иммуноцитохимического окрашивания было исследовано внутриклеточное распределение белка GAP-43 в ооцитах (на стадии метафазы II) и в ранних эмбрионах мыши — от одноклеточной стадии (зиготы) до стадии бластоцисты. В ооцитах наблюдается равномерное распределение белка по цитоплазме с наибольшей интенсивностью окрашивания в области веретена деления. В ранних эмбрионах GAP-43 присутствует в ядрах и цитоплазме. Соотношение количества GAP-43 в ядре и цитоплазме меняется в зависимости от стадии развития эмбриона и фазы клеточного цикла бластомеров. Характерное для нейронов фосфорилирование GAP-43 по остатку Ser41 также наблюдается в ядрах и цитоплазме клеток ранних эмбрионов. В бластоцистах высокое содержание белка GAP-43 сохраняется только в плюрипотентных клетках внутренней клеточной массы.

Заключение. В настоящей работе мы впервые продемонстрировали присутствие белка GAP-43 в клетках ранних эмбрионов мыши и выявили существенные особенности локализации белка GAP-43 в них — локализацию в цитоплазме и ядре клеток вместо локализации на плазматической мембране, характерной для нейронов. Полученные данные позволяют сделать заключение об особой роли GAP-43 в тоти- и плюрипотентных клетках ранних эмбрионов.

Об авторах

Фаина Михайловна Захарова

Институт экспериментальной медицины; Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: fzakharova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9558-3979
SPIN-код: 9699-5744

канд. биол. наук, старший научный сотрудник отдела молекулярной генетики, старший преподаватель кафедры эмбриологии

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Надежда Андреевна Яговкина

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: st110082@student.spbu.ru
ORCID iD: 0009-0002-3090-9621

студентка 2-го курса магистратуры биологического факультета, кафедра эмбриологии

Россия, Санкт-Петербург

Владислав Викторович Захаров

Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук

Email: vlad.v.zakharov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7871-632X
SPIN-код: 1203-0639

канд. биол. наук, научный сотрудник лаборатории № 5 (природных полимеров)

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Oestreicher A.B., De Graan P.N., Gispen W.H., et al. B-50, the growth associated protein-43: Modulation of cell morphology and communication in the nervous system // Prog Neurobiol. 1997. Vol. 53, N 6. P. 627–686. doi: 10.1016/s0301-0082(97)00043-9
  2. Mosevitsky M.I. Nerve ending “signal” proteins GAP-43, MARCKS, and BASP1 // Int Rev Cytol. 2005. Vol. 245. P. 245–325. doi: 10.1016/s0074-7696(05)45007-x
  3. Denny J.B. Molecular mechanisms, biological actions, and neuropharmacology of the growth-associated protein GAP-43 // Curr Neuropharmacol. 2006. Vol. 4. P. 293–304. doi: 10.2174/157015906778520782
  4. Benowitz L.I., Routtenberg A. GAP-43: An intrinsic determinant of neuronal development and plasticity // Trends Neurosci. 1997. Vol. 20, N 2. P. 84–91. doi: 10.1016/s0166-2236(96)10072-2
  5. Aarts L.H.J., Schotman P., Verhaagen J., et al. The role of the neural growth associated protein B-50/GAP-43 in morphogenesis // Adv Exp Med Biol. 1998. Vol. 446. P. 85–106. doi: 10.1007/978-1-4615-4869-0_6
  6. Caroni P. Neuro-regeneration: plasticity for repair and adaptation // Essays Biochem. 1998. Vol. 33. P. 53–64. doi: 10.1042/bse0330053
  7. Holahan M.R., Honegger K.S., Tabatadze N., Routtenberg A. GAP-43 gene expression regulates information storage // Learn Mem. 2007. Vol. 14, N 6. P. 407–415. doi: 10.1101/lm.581907
  8. Holahan M. A shift from a pivotal to supporting role for the Growth-Associated Protein (GAP-43) in the coordination of axonal structural and functional plasticity // Front Cell Neurosci. 2017. Vol. 11. P. 266. doi: 10.3389/fncel.2017.00266
  9. Chung D., Shum A., Caraveo G. GAP-43 and BASP1 in axon regeneration: implications for the treatment of neurodegenerative diseases // Front Cell Dev Biol. 2020. Vol. 8. P. 567537. doi: 10.3389/fcell.2020.567537
  10. Caroni P. New EMBO members’ review: actin cytoskeleton regulation through modulation of PI(4,5)P(2) rafts // EMBO J. 2001. Vol. 20, N 16. P. 4332–4336. doi: 10.1093/emboj/20.16.4332
  11. Tong J., Nguyen L., Vidal A., et al. Role of GAP-43 in sequestering phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate to raft bilayers // Biophys J. 2008. Vol. 94, N 1. P. 125–133. doi: 10.1529/biophysj.107.110536
  12. Zakharov V.V., Mosevitsky M.I. Oligomeric structure of brain abundant proteins GAP-43 and BASP1 // J Struct Biol. 2010. Vol. 170, N 3. P. 470–483. doi: 10.1016/j.jsb.2010.01.010
  13. Forsova O.S., Zakharov V.V. High-order oligomers of intrinsically disordered brain proteins BASP1 and GAP-43 preserve the structural disorder // FEBS J. 2016. Vol. 283, N 8. P. 1550–1569. doi: 10.1111/febs.13692
  14. Yang Y., Shi W., Li C., et al. Growth associated protein 43 deficiency promotes podocyte injury by activating the calmodulin/calcineurin pathway under hyperglycemia // Biochem Biophys Res Commun. 2023. Vol. 656. P. 104–114. doi: 10.1016/j.bbrc.2023.02.069
  15. Moradi F., Copeland E.N., Baranowski R.W., et al. Calmodulin-binding proteins in muscle: a minireview on nuclear receptor interacting protein, neurogranin, and growth-associated protein 43 // Int J Mol Sci. 2020. Vol. 21, N 3. P. 1016. doi: 10.3390/ijms21031016
  16. Zheng С., Quan R.-D., Wu C.-Y., et al. Growth-associated protein 43 promotes thyroid cancer cell lines progression via epithelial-mesenchymal transition // J Cell Mol Med. 2019. Vol. 23, N 12. P. 7974–7984. doi: 10.1111/jcmm.14460
  17. Захарова Ф.М., Захаров В.В. Обнаружение белков мозга BASP1 и GAP43 в ооцитах и зиготах мыши // Онтогенез. 2017. Т. 48, № 3. С. 192–202. EDN: YTLVRR doi: 10.7868/S0475145017030120
  18. Esdar C., Oehrlein S.A., Reinhardt S., et al. The protein kinase C (PKC) substrate GAP-43 is already expressed in neural precursor cells, colocalizes with PKCeta and binds calmodulin // Eur J Neurosci. 1999. Vol. 11, N 2. P. 503–516. doi: 10.1046/j.1460-9568.1999.00455.x
  19. Mishra R., Gupta S.K., Meiri K.F., et al. GAP-43 is key to mitotic spindle control and centrosome-based polarization in neurons // Cell Cycle. 2008. Vol. 7, N 3. P. 348–357. doi: 10.4161/cc.7.3.5235
  20. Skene J.H., Virag I. Posttranslational membrane attachment and dynamic fatty acylation of a neuronal growth cone protein, GAP-43 // J Cell Biol. 1989. Vol. 108, N 2. P. 613–624. doi: 10.1083/jcb.108.2.613
  21. Liu Y., Fisher D.A., Storm D.R. Intracellular sorting of neuromodulin (GAP-43) mutants modified in the membrane targeting domain // J Neurosci. 1994. Vol. 14, N 10. P. 5807–5817. doi: 10.1523/jneurosci.14-10-05807.1994
  22. Horton P., Nakai K. Better prediction of protein cellular localization sites with the k nearest neighbors classifier // Proc Int Conf Intell Syst Mol Biol. 1997. Vol. 5. P. 147–152.
  23. Mooney C., Wang Y.-H., Pollastri G. SCLpred: protein subcellular localization prediction by N-to-1 neural networks // Bioinformatics. 2011. Vol. 27, N 20. P. 2812–2819. doi: 10.1093/bioinformatics/btr494
  24. Garg А., Raghava G.P.S. ESLpred2: improved method for predicting subcellular localization of eukaryotic proteins // BMC Bioinformatics. 2008. Vol. 9. P. 503. doi: 10.1186/1471-2105-9-503
  25. Yu C.S., Chen Y.C., Lu C.H., Hwang J.K. Prediction of protein subcellular localization // Proteins. 2006. Vol. 64, N 3. P. 643–651. doi: 10.1002/prot.21018
  26. Blum T., Briesemeister S., Kohlbacher O. MultiLoc2: integrating phylogeny and gene ontology terms improves subcellular protein localization prediction // BMC Bioinformatics. 2009. Vol. 10. P. 274. doi: 10.1186/1471-2105-10-274
  27. Savojardo C., Martelli P.L., Fariselli P., et al. BUSCA: an integrative web server to predict subcellular localization of proteins // Nucleic Acids Res. 2018. Vol. 46, N W1. P. W459–W466. doi: 10.1093/nar/gky320
  28. Kosugi S., Hasebe M., Tomita M., Yanagawa H. Systematic identification of yeast cell cycle-dependent nucleocytoplasmic shuttling proteins by prediction of composite motifs // Proc Natl Acad Sci. 2009. Vol. 106, N 25. P. 10171–10176. doi: 10.1073/pnas.0900604106
  29. Nguyen Ba A.N., Pogoutse A., Provart N., Moses A.M. NLStradamus: a simple Hidden Markov model for nuclear localization signal prediction // BMC Bioinformatics. 2009. Vol. 10. P. 202. doi: 10.1186/1471-2105-10-202
  30. Carpenter B., Hill K.J., Charalambous M., et al. BASP1 is a transcriptional cosuppressor for the Wilms’ tumor suppressor protein WT1 // J Mol Cell Biol. 2004. Vol. 24, N 2. P. 537–549. doi: 10.1128/MCB.24.2.537–549.2004
  31. Rohrbach T.D., Shah N., Jackson W.P., et al. The effector domain of MARCKS is a nuclear localization signal that regulates cellular PIP2 levels and nuclear PIP2 localization // PLoS One. 2015. Vol. 10, N 10. P. e0140870. doi: 10.1371/journal.pone.0140870
  32. Marino M., Hiroaki T., Yuki N., et al. Totipotency of mouse zygotes extends to single blastomeres of embryos at the four-cell stage // Sci Rep. 2021. Vol. 11, N 1. P. 11167. doi: 10.1038/s41598-021-90653-1
  33. Zhao J.-С., Zhang L.-Х., Zhang Y., Shen Y.F. The differential regulation of Gap43 gene in the neuronal differentiation of P19 cells // J Cell Physiol. 2012. Vol. 227, N 6. P. 2645–2653. doi: 10.1002/jcp.23006
  34. Zhao P., Schulz T.C., Sherrer E.S., et al. The human embryonic stem cell proteome revealed by multidimensional fractionation followed by tandem mass spectrometry // Proteomics. 2015. Vol. 15, N 2-3. P. 554–566. doi: 10.1002/pmic.201400132

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Локализация белка GAP-43 в ооците и ранних эмбрионах мыши: a — ооцит на стадии метафазы II (стрелкой указано положение веретена с хромосомами); b — зигота на стадии интерфазы (pb — второе полярное тельце); c — эмбрион на стадии двух бластомеров; d — эмбрион на стадии четырех бластомеров. DIC — дифференциально-интерференционный контраст, DAPI — окрашивание ДНК, AB5312 — окрашивание GAP-43 антителами AB5312, Merge — совмещение каналов DAPI и AB5312

Скачать (445KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Локализация белка GAP-43 в ранних эмбрионах мыши: a — морула на стадии восьми бластомеров; b — поздняя морула; c — ранняя бластоциста; d — бластоциста на стадии вылупления (ICM — клетки внутренней клеточной массы, tb — клетки трофобласта). DIC — дифференциально-интерференционный контраст, DAPI — окрашивание ДНК, AB5312 — окрашивание GAP-43 антителами AB5312, Merge — совмещение каналов DAPI и AB5312

Скачать (460KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Локализация белка GAP-43, фосфорилированного по остатку Ser41, в моруле. DIC — дифференциально-интерференционный контраст, DAPI — окрашивание ДНК, AB5401 — окрашивание pSer41-GAP-43 антителами AB5401, Merge — совмещение каналов DAPI и AB5401

Скачать (111KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».