Нейрональный белок GAP-43 в ранних эмбрионах мыши



Цитировать

Полный текст

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, регенеративных процессах в нервной системе и 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 данной 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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Фаина Михайловна Захарова

ФГБНУ "Институт экспериментальной медицины", Санкт-Петербург; Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург

Автор, ответственный за переписку.
Email: fzakharova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9558-3979
SPIN-код: 9699-5744
Scopus Author ID: 6603248969
ResearcherId: M-7263-2015

к.б.н., старший научный сотрудник Отдела молекулярной генетики ФГБНУ Институт экспериментальной медицины;

Старший преподаватель кафедры эмбриологии биологического факультета СПбГУ

Россия, 197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, 12; Россия 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9, Россия

Надежда Андреевна Яговкина

Санкт-Петербургский государственный университет

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

студентка 2го курса магистратуры кафедры эмбриологии биологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета

Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7–9

Владислав Викторович Захаров

Институт высокомолекулярных соединений РАН

Email: vlad.v.zakharov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7871-632X
SPIN-код: 1203-0639
Scopus Author ID: 56498525300
ResearcherId: AAH-6538-2019

к.б.н., научный сотрудник лаборатории № 5 (природных полимеров) Института высокомолекулярных соединений РАН

Россия, 199004, г. Санкт-Петербург, В. О. Большой пр. 31, Россия

Список литературы

  1. Библиографический список
  2. 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 // Progress in Neurobiology. 1997. Vol. 53, N 6. P. 627–686. https://doi.org/10.1016/s0301-0082(97)00043-9.
  3. 2. Mosevitsky M.I. Nerve ending “signal” proteins GAP‐43, MARCKS, and BASP1 // International Review of Cytology. 2005. Vol. 245. P. 245–325. https://doi.org/10.1016/s0074-7696(05)45007-x.
  4. 3. Denny J.B. Molecular mechanisms, biological actions, and neuropharmacology of the growth-associated protein GAP-43 // Current Neuropharmacology. 2006. Vol. 4. P. 293–304. https://doi.org/10.2174/157015906778520782.
  5. 4. Benowitz L.I., Routtenberg A. GAP-43: An intrinsic determinant of neuronal development and plasticity // Trends in Neurosciences. 1997. Vol. 20, N 2. P. 84–91. https://doi.org/10.1016/s0166-2236(96)10072-2.
  6. 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 // Advances in Experimental Medicine and Biology. 1998. Vol. 446. P. 85–106. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-4869-0_6.
  7. 6. Caroni P. Neuro-regeneration: plasticity for repair and adaptation // Essays in Biochemistry. 1998. Vol. 33. P. 53–64. https://doi.org/10.1042/bse0330053.
  8. 7. Holahan M.R., Honegger K.S., Tabatadze N., Routtenberg A. GAP-43 gene expression regulates information storage // Learning and Memory. 2007. Vol. 14. P. 407–415. https://doi.org/10.1101/lm.581907.
  9. 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 // Frontiers in Cellular Neuroscience. 2017. Vol. 11. P. 266. https://doi.org/10.3389/fncel.2017.00266.
  10. 9. Chung D, Shum A, Caraveo G. GAP-43 and BASP1 in axon regeneration: implications for the treatment of neurodegenerative diseases // Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2020. Vol. 8: P. 567537. https://doi.org/10.3389/fcell.2020.567537.
  11. 10. Caroni P. New EMBO members' review: actin cytoskeleton regulation through modulation of PI(4,5)P(2) rafts // The EMBO Journal. 2001. Vol. 20. N 16. P. 4332–4336. https://doi.org/10.1093/emboj/20.16.4332.
  12. 11. Tong J., Nguyen L., Vidal A., et al. Role of GAP-43 in sequestering phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate to raft bilayers // Biophysical Journal. 2008. Vol. 94. N 1. P. 125–133. https://doi.org/10.1529/biophysj.107.110536.
  13. 12. Zakharov V.V., Mosevitsky M.I. Oligomeric structure of brain abundant proteins GAP-43 and BASP1 // Journal of Structural Biology. 2010. Vol. 170. N 3. P. 470–483. https://doi.org/10.1016/j.jsb.2010.01.010.
  14. 13. Forsova O.S., Zakharov V.V. High-order oligomers of intrinsically disordered brain proteins BASP1 and GAP-43 preserve the structural disorder // The FEBS Journal. 2016. Vol. 283. N 8. P. 1550–1569. https://doi.org/10.1111/febs.13692.
  15. 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 // Biochemical and Biophysical Research Communications. 2023. Vol. 656. P. 104–114. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2023.02.069.
  16. 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 // International Journal of Molecular Sciences. 2020. Vol. 21. N 3. P. 1016. https://doi.org/10.3390/ijms21031016.
  17. 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 // The Journal of Cellular and Molecular Medicine. 2019. Vol. 23. N 12. P. 7974–7984. https://doi.org/10.1111/jcmm.14460.
  18. 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. https://doi.org/10.7868/S0475145017030120
  19. 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 // European Journal of Neuroscience. 1999. Vol. 11. N 2. P. 503–516. https://doi.org/10.1046/j.1460-9568.1999.00455.x.
  20. 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. 348–57. https://doi.org/10.4161/cc.7.3.5235.
  21. 20. Skene J.H., Virag I. Posttranslational membrane attachment and dynamic fatty acylation of a neuronal growth cone protein, GAP-43 // Journal of Cell Biology. 1989. Vol. 108. N 2. P. 613–624. https://doi.org/10.1083/jcb.108.2.613.
  22. 21. Liu Y., Fisher D.A., Storm D.R. Intracellular sorting of neuromodulin (GAP-43) mutants modified in the membrane targeting domain // Journal of Neuroscience. 1994. Vol. 14. N 10. P. 5807–5817. https://doi.org/10.1523/jneurosci.14-10-05807.1994.
  23. 22. Horton P., Nakai K. Better prediction of protein cellular localization sites with the k nearest neighbors classifier // Proceedings. International Conference on Intelligent Systems for Molecular Biology journal. 1997. Vol. 5. P. 147–52.
  24. 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. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btr494.
  25. 24. Garg А., Raghava G.P.S. ESLpred2: Improved Method for Predicting Subcellular Localization of Eukaryotic Proteins // BMC Bioinformatics. 2008. Vol. 9. P. 503. https://doi.org/10.1186/1471-2105-9-503.
  26. 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. https://doi.org/10.1002/prot.21018.
  27. 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. https://doi.org/10.1186/1471-2105-10-274.
  28. 27. Savojardo C., Martelli P.L., Fariselli P., et al. BUSCA: an integrative web server to predict subcellular localization of proteins // Nucleic Acids Research. 2018. Vol. 46. N W1 P. W459–W466. https://doi.org/10.1093/nar/gky320.
  29. 28. Kosugi S., Hasebe M., Tomita M., Yanagawa H. Systematic identification of yeast cell cycle-dependent nucleocytoplasmic shuttling proteins by prediction of composite motifs // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2009. Vol. 106. N 25. P. 10171–10176. https://doi.org/10.1073/pnas.0900604106.
  30. 29. Nguyen Ba A.N., Pogoutse A., Provart N., et al. NLStradamus: a simple Hidden Markov model for nuclear localization signal prediction // BMC Bioinformatics. 2009. Vol. 10. N 1. P. 202. https://doi.org/10.1186/1471-2105-10-202.
  31. 30. Carpenter B., Hill K.J., Charalambous M., et al. BASP1 is a transcriptional cosuppressor for the Wilms’ tumor suppressor protein WT1 // The Journal of Molecular Cell Biology. 2004. Vol. 24. N 2. P. 537–549. https://doi.org/10.1128/MCB.24.2.537–549.2004.
  32. 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. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0140870.
  33. 32. Marino M., Hiroaki T., Yuki N., et al. Totipotency of mouse zygotes extends to single blastomeres of embryos at the four-cell stage // Scientific Reports. 2021. Vol. 11. N 1. P. 11167. doi: 10.1038/s41598-021-90653-1.
  34. 33. Zhao J.-С., Zhang L.-Х., Zhang Y., et al. The differential regulation of Gap43 gene in the neuronal differentiation of P19 cells. Journal of Cellular Physiology. 2012. Vol. 227. P. 2645–2653. https://doi.org/10.1002/jcp.23006
  35. 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. P. 554-566. doi: 10.1002/pmic.201400132

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор,


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 74760 от 29.12.2018 г.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах