188
Rola bia³ka PrP
cw procesie ró¿nicowania neuralnego
in vitro i neurogenezy
The role of PrP
cprotein in process of neural differentiation
in vitro and neurogenesis
Zak³ad Patologii Molekularnej i Neuropatologii Katedry Onkologii Uniwersytetu Medycznego w £odzi
Adres do korespondencji: Zak³ad Patologii Molekularnej i Neuropatologii Katedry Onkologii UM w £odzi, ul. Czechos³owacka 8/10, 92-216 £ódŸ, tel.: 042 679 14 77, 042 675 76 11
Praca finansowana ze œrodków w³asnych
R Reecceeiivveedd:: 19.10.2007 A Acccceepptteedd:: 19.10.2007 P Puubblliisshheedd:: 14.12.2007
S
Sttrreesszzcczzeen
niiee
Ró¿nicowanie neuralne in vitro lub proces neurogenezy in vivo to zjawiska anga¿uj¹ce szereg bia³ek komór-kowych, bêd¹cych ogniwami szlaków sygnalizacyjnych steruj¹cych tymi procesami. Bia³kiem, którego funk-cja równie¿ wydaje siê zwi¹zana z procesem ró¿nicowania, jest bia³ko prionu, izoforma komórkowa PrPc
– produkt genu PRNP. Pionierskie badania w tej dziedzinie ujawni³y wzrost poziomu ekspresji genu PRNP podczas neurogenezy czy te¿ ró¿nicowania neuronalnego in vitro, aczkolwiek wiêkszoœæ wyników uzyskano z wykorzystaniem modeli neurogenezy zwierz¹t lub linii komórkowych pochodzenia nowotworowego. Naj-nowsze badania, w których jako model eksperymentalny wykorzystywane s¹ neuralne komórki macierzy-ste/progenitorowe, potwierdzaj¹ zarysowany uprzednio obraz, sugeruj¹c udzia³ PrPcw ró¿nicowaniu
neuro-nalnym. Kolejne analizy, bêd¹ce prób¹ sprecyzowania funkcji PrPcw tym zjawisku, ukazuj¹ to bia³ko jako
potencjalne ogniwo szlaków sygnalizacyjnych steruj¹cych procesami ró¿nicowania. Co wiêcej, wydaje siê, i¿ PrPcjest bia³kiem, którego aktywnoœæ zwi¹zana jest z nabywaniem oraz realizowaniem przez komórki
funk-cji specyficznych dla neuronów. Komórki pozbawione bia³ka PrPcnadal s¹ jednak zdolne do ró¿nicowania
neuronalnego, chocia¿ proces ten jest opóŸniony. Kwesti¹ kontrowersyjn¹ jest natomiast ekspresja genu PRNP w trakcie ró¿nicowania komórek glejowych, czego dowodem jest brak spójnych doniesieñ, poczynaj¹c od danych sugeruj¹cych, i¿ obecnoœæ PrPcw astrocytach jest niezbêdna dla prawid³owego przebiegu
ró¿ni-cowania neuralnego, na wynikach definitywnie wykluczaj¹cych obecnoœæ PrPcw linii glejowej koñcz¹c.
Ana-liza danych z literatury nie pozwala wiêc stworzyæ uniwersalnego wzorca ekspresji genu PRNP w procesie ró¿-nicowania neuralnego. Wydaje siê, i¿ jest to cecha, któr¹ nale¿y rozpatrywaæ indywidualnie dla danego typu komórek oraz konkretnego procesu metabolicznego, towarzysz¹cego zjawiskom tak z³o¿onym, jak proces ró¿nicowania neuralnego in vitro czy neurogeneza in vivo.
S
S££OOWWAA KKLLUUCCZZOOWWEE:: PPrrPPcc,, PPRRNNPP,, rróó¿¿nniiccoowwaanniiee nneeuurraallnnee,, nneeuurrooggeenneezzaa,, lliinniiaa nneeuurroonnaallnnaa,, lliinniiaa gglleejjoowwaa
S
Su
um
mm
maarryy
The phenomena of neural differentiation in vitro and neurogenesis in vivo involve a numerous cellular prote-ins to create the differentiation signaling pathways. The role of the cellular isoform of prion protein PrPc
– a product of the PRNP gene, seems also to be connected with a process of neural differentiation. The pri-mary investigations in this field revealed increase of PRNP gene expression during both neurogenesis and neu-ral differentiation in vitro; however, the majority of results were obtained with the use of animal models or can-cer-derived cell lines. The latest experiments using neural stem/progenitor cells as an experimental models, seem to confirm the previous results, suggesting participation of PrPcin a neural differentiation. On the basis
of the further analyses, PrPcappears to be a part of differentiation signaling pathways. Moreover, PrPc
activi-ty may contribute to acquire and maintain the functions specific for neurons. Surprisingly, the prion protein--deficient cells are still able to differentiate into neurons, although the process of differentiation is delayed. The controversy nevertheless persists about expression of PRNP gene during glial cells differentiation that is reflec-ted in inconsistent published results, beginning with hypothesis postulating the importance of “astrocytic” PrPc
litera-189
W WSSTTÊÊPP
P
rPc(cellular isoform of prion protein) jestglikopro-tein¹ o wysoce konserwatywnej strukturze, zakot-wiczon¹ dziêki reszcie GPI (glycosylphosphatidy-linositol) w b³onie komórkowej. Obecnoœæ izoform bia³ka stwierdzono w szerokiej gamie tkanek organizmu, przy czym najwy¿szy poziom PrPccechuje komórki
nerwo-we, szczególnie zaœ oœrodkowy uk³ad nerwowy. Ce-chy PrPc, takie jak du¿a homologia miêdzygatunkowa
oraz powszechne wystêpowanie w tkankach organizmu, mog¹ sugerowaæ, i¿ PrPc jest bia³kiem odgrywaj¹cym
rolê w podstawowych procesach biochemicznych za-chodz¹cych w komórkach(1-5).
Badania z wykorzystaniem myszy typu knock-out z uszko-dzonym genem Prnp nie przynios³y jednoznacznych wy-ników, bowiem zwierzêta te nie wykazywa³y powa¿nych zaburzeñ rozwojowych i funkcjonalnych(6-8). Z drugiej
jednak strony nadekspresja PrPc wywo³ana w
komór-kach w warunkomór-kach in vitro prowadzi do zmian poziomu ekspresji wielu innych genów(9).
Analiza mo¿liwych interakcji PrPcz innymi moleku³ami
komórkowymi to drugi z kierunków prowadzonych ba-dañ, maj¹cych na celu sprecyzowanie roli PrPc. Ich
re-zultatem s¹ wstêpne wnioski sugeruj¹ce, i¿ bia³ko PrPc
mo¿e byæ ogniwem ró¿nych szlaków sygnalizacyjnych, zaœ aktywnoœæ bia³ka mo¿e byæ zwi¹zana z reakcj¹ ko-mórki na warunki stresowe(2,10-14), zachowaniem
równo-wagi redox w komórkach(15-17), zjawiskami
warunkuj¹cy-mi prze¿ycie b¹dŸ œwarunkuj¹cy-mieræ komórki(2,13,18-23). Ponadto PrPc,
pe³ni¹c rolê receptorow¹, mo¿e braæ udzia³ w proce-sach transdukcji sygna³u oraz w zjawisku adhezji i kon-taktu pomiêdzy komórkami(24,25)(rys. 1).
Pomimo licznych hipotez sugeruj¹cych, i¿ fizjologiczna aktywnoœæ PrPcmo¿e przejawiaæ siê w wielu procesach
metabolicznych komórek, dotychczas nie uda³o siê jed-noznacznie okreœliæ, jak¹ fizjologiczn¹ funkcjê spe³nia to bia³ko.
Jednak zarówno w badaniach in vitro, jak i in vivo, maj¹-cych na celu przybli¿enie roli bia³ka PrPc,
zaobserwowa-no wzrost ekspresji genu PRNP/Prnp w trakcie proce-su ró¿nicowania komórkowego w hodowlach ró¿nego typu(26-28)oraz w poszczególnych tkankach organizmu
w procesie embriogenezy i rozwoju postnatalnego(29-31).
Dlatego te¿ jeden z kierunków badañ dotycz¹cych ro-li PrPc jest prób¹ sprecyzowania funkcji bia³ka w
po-wy¿szych procesach.
Dotychczas uzyskane dane sugeruj¹, ¿e PrPcmo¿e byæ
zaanga¿owane m.in. w zjawisko ró¿nicowania hema-topoetycznego (leukocytów, megakariocytów), komó-rek uk³adu odpornoœciowego (komókomó-rek dendrytycz-nych)(27,32-34), ró¿nicowania komórek linii zarodkowej
(germ cells) podczas spermatogenezy(35)oraz
ró¿nico-wania komórek miêœni(36).
Jednak wysoki poziom PrPcw tkance nerwowej, jak
rów-nie¿ prawdopodobny udzia³ bia³ka w procesach swo-istych dla neuronów oraz potencjalne zagro¿enie kon-wersj¹ do patologicznej izoformy – PrPScto przyczyny,
dla których okreœlenie roli PrPcw ró¿nicowaniu
komó-rek nerwowych ma szczególne znaczenie.
B BIIAA££KKOO PPRRPPCC W W RRÓÓ¯¯NNIICCOOWWAANNIIUU NNEEUURRAALLNNYYMM W WZZÓÓRR EEKKSSPPRREESSJJII GGEENNUU PPRRNNPP//PPrrnnpp W
W TTRRAAKKCCIIEE RRÓÓ¯¯NNIICCOOWWAANNIIAA NNEEUURRAALLNNEEGGOO IINN VVIITTRROO II NNEEUURROOGGEENNEEZZYY
Punktem wyjœcia dla badañ nad rol¹ PrPcw
ró¿nicowa-niu komórek nerwowych sta³y siê eksperymenty maj¹ce na celu ustalenie wzoru ekspresji genu PRNP/Prnp w trakcie tego procesu, z wykorzystaniem jako modeli neurogenezy in vivo u zwierz¹t oraz neuronalnych linii komórkowych w warunkach in vitro. Analiza in vivo ujawni³a, i¿ w pocz¹tkowych stadiach neurogenezy eks-presja genu Prnp jest bardzo niska, aczkolwiek poziom produktów genu Prnp wzrasta w kolejnych etapach roz-woju embrionalnego i postnatalnego(29,31). Natomiast
analiza lokalizacji PrPcw dojrza³ym mózgu wykaza³a, i¿
wy¿szym poziomem bia³ka cechuj¹ siê obszary o zwiêk-szonej plastycznoœci w porównaniu z ustabilizowanymi w czasie rozwoju strukturami(37,38).
ture data does not allow to create the uniform PRNP expression pattern during neural differentiation. It rather seems to be an individual feature, which should be considered in the broader context of particular cell type and the specificity of metabolic processes accompanying neural differentiation in vitro or neurogenesis in vivo. K
KEEYY WWOORRDDSS:: PPrrPPcc,, PPRRNNPP,, nneeuurraall ddiiffffeerreennttiiaattiioonn,, nneeuurrooggeenneessiiss,, nneeuurroonnaall lliinneeaaggee,, gglliiaall lliinneeaaggee
190
Wiêkszoœæ obserwacji z wykorzystaniem neuronalnych linii komórkowych (PC12, 1C11, B104), prowadzonych w warunkach indukuj¹cych proces ró¿nicowania in vitro, przedstawia podobny obraz ekspresji genu Prnp, ukazu-j¹c wzrost ekspresji badanego genu na poziomie mRNA i bia³ka. Choæ uzyskane wyniki wydaj¹ siê spójne z obser-wacjami in vivo, nie sposób pomin¹æ faktu, i¿ wiêkszoœæ modeli eksperymentalnych in vitro to linie wywodz¹ce siê z nowotworów. Analiza porównawcza ujawni³a, i¿ badane linie komórkowe wykazuj¹ znacz¹ce ró¿nice nie tylko w poziomie bia³ka PrPc, cechuj¹ siê tak¿e
odmien-nym wzorcem glikozylacji PrPc (26). Obrazem typowym
dla tkanki nerwowej jest natomiast obecnoϾ trzech izo-form PrPc: formy di-, mono- oraz nieglikozylowanej(39).
Wykazano, i¿ w trakcie procesu neurogenezy zmienia siê stosunek poszczególnych form tej glikoproteiny; w pocz¹tkowych stadiach przewa¿aj¹ obie formy gliko-zylowane (30-34 kDa), a w póŸniejszych etapach poja-wia siê forma nieglikozylowana PrPc(25-28 kDa)(5).
W najnowszych badaniach in vitro, skupiaj¹cych siê wokó³ fizjologicznych b¹dŸ patologicznych aspektów zwi¹zanych z bia³kiem prionu, jako model eksperymen-talny bli¿szy warunkom in vivo wykorzystywane s¹ neu-ralne komórki macierzyste (neural stem cells, NSCs) lub progenitorowe(28,40,41).
Wyniki badañ Steele i wsp. prowadzonych z wykorzy-staniem neuralnych progenitorów myszy ujawni³y wzrost poziomu PrPcw trakcie ró¿nicowania linii neuronalnej,
pocz¹wszy od bardzo niskiego poziomu tego bia³ka w komórkach niezró¿nicowanych nestynopozytywnych, a skoñczywszy na wysokiej ekspresji obserwowanej w zró¿nicowanych komórkach neuronalnych cechuj¹-cych siê ekspresj¹ markerów swoistych dla komórek nerwowych: MAP-2, NeuN(28).
Wykazano, i¿ zarówno w rozwijaj¹cym siê, jak i dojrza-³ym mózgu komórkami o cechach progenitorów
neural-nych mog¹ byæ tak¿e GFAP-pozytywne komórki astrocy-tarne(42-44). Podobny wynik, ujawniaj¹cy wzrost poziomu
PrPcw trakcie ró¿nicowania linii neuronalnej,
uzyska-no, dokonuj¹c analizy ekspresji genu PRNP w trakcie ró¿nicowania in vitro GFAP-pozytywnych neuralnych komórek progenitorowych cz³owieka zdolnych do ge-neracji linii neuronalnej i glejowej(45,46)(rys. 2).
Badania in vivo Tremblay i wsp. precyzuj¹, ¿e podczas rozwoju uk³adu nerwowego ekspresja genu Prnp jest niewykrywalna w aktywnych mitotycznie progenitorach neutralnych, dopóki komórki te nie zaprzestan¹ aktyw-noœci podzia³owej i nie wejd¹ na drogê ró¿nicowania neuronalnego(5).
W przedstawiony obraz wpisuj¹ siê tak¿e badania Adle--Biasette i wsp., których wyniki, bazuj¹ce na modelu neu-rogenezy cz³owieka, ujawni³y, ¿e wzrost poziomu PrPc,
niewykrywalnego w pocz¹tkowych stadiach rozwoju uk³a-du nerwowego, nastêpuje w ró¿nicuj¹cych neuronach po zakoñczeniu procesu migracji(47).
R ROOLLAA PPrrPPCCW PWPRROOCCEESSAACCHH M MEETTAABBOOLLIICCZZNNYYCCHH TTOOWWAARRZZYYSSZZ¥¥CCYYCCHH R RÓÓ¯¯NNIICCOOWWAANNIIUU NNEEUURROONNAALLNNEEMMUU
Drugi z aktualnych trendów badawczych ma na celu sprecyzowanie roli PrPcw konkretnych procesach
me-tabolicznych towarzysz¹cych ró¿nicowaniu.
Stwierdzono, i¿ PrPc mo¿e pe³niæ rolê receptora lub
bia³ka adhezyjnego bior¹cego udzia³ w procesach mi-gracji i adhezji neuronów – zjawiskach towarzysz¹cych ró¿nicowaniu oraz maj¹cych znaczenie w utrzyma-niu w³aœciwej architektury tkanki nerwowej. Powy¿sze funkcje bia³ka PrPcmog¹ byæ realizowane poprzez
two-rzenie kompleksu PrPc– laminina. Laminina znana jest
bowiem jako bia³ko zaanga¿owane m.in. w procesy proliferacji, ró¿nicowania, migracji i œmierci komór-ki(2,48). Wykazano ponadto, ¿e oddzia³ywanie kompleks
PrPc– laminina mo¿e mieæ wp³yw na konsolidacjê
pro-cesów pamiêciowych(49).
Wydaje siê, i¿ PrPcto bia³ko mog¹ce mieæ znaczenie dla
tworzenia i wzrostu wypustek nerwowych, za czym prze-mawia fakt, i¿ jego zwiêkszony poziom obserwowany jest w rosn¹cych aksonach(47). Ta aktywnoœæ bia³ka PrPc
mo¿e byæ realizowana równie¿ poprzez oddzia³ywanie z laminin¹, co, jak wykaza³y badania in vitro, stymuluje powstawanie wypustek nerwowych, ma wp³yw na ich wzrost i zachowanie integralnoœci, jak równie¿ wydaje siê mieæ znaczenie w zjawisku plastycznoœci neuronal-nej(2,48,50). Powy¿sze procesy mog¹ anga¿owaæ bia³ko PrPc
tak¿e poprzez interakcje z N-CAM (neural cell adhesion molecule)(51), które to bia³ko, pe³ni¹c funkcjê receptora dla
PrPc, poœredniczy w aktywacji kinazy Fyn, czego
efek-tem jest stymulacja wzrostu neurytów(52). Udzia³ w
po-wstawaniu wypustek nerwowych jest jedn¹ z funkcji bia³-ka LPR/LR (37/67 kDa laminin receptor), które tak¿e ma zdolnoœæ oddzia³ywania z PrPc (13). Relacja ta,
obser-Rys. 2. Wynik barwienia immunocytochemicznego demon-struj¹cy ekspresjê PrPcw komórkach linii glejowej i neuronalnej uzyskanych w wyniku ró¿nicowania neuralnego in vitro. Komórki linii neuronalnej po ró¿nicowaniu (strza³ki) cechuj¹ siê wy¿szym pozio-mem bia³ka PrPc
191
wowana m.in. w komórkach neuronalnych, mo¿e byætak-¿e istotna w komunikacji miêdzykomórkowej oraz prze-kazywaniu sygna³u zwi¹zanego z prze¿yciem komórki(25).
W spójnoœci z powy¿szymi badaniami in vitro pozo-staj¹ wyniki uzyskane in vivo w trakcie neurogenezy cz³owieka, gdzie obecnoœæ PrPcobserwowano g³ównie
w rosn¹cych aksonach. Ponadto zjawiskiem, dla które-go charakterystyczny by³ wzrost poziomu PrPc, by³
pro-ces synaptogenezy(47).
Wykazano tak¿e, i¿ PrPc mo¿e byæ ogniwem szlaków
sygnalizacyjnych steruj¹cych mechanizmami ró¿nicowa-nia neuronalnego, o czym wydaje siê œwiadczyæ wzrost ekspresji genu Prnp w liniach komórek neuronalnych, uwarunkowany czynnikami stymuluj¹cymi in vitro proces ró¿nicowania, takimi jak NGF czy insulina(53-55). W
przy-padku powy¿szych badañ nasuwa siê jednak pytanie, czy NGF jest czynnikiem bezpoœrednio aktywuj¹cym proces transkrypcji genu Prnp, jak zasugerowano w pra-cy Zawlik i wsp., czy te¿ czynnikiem sprawczym powo-duj¹cym wzrost ekspresji genu Prnp jest sam proces ró¿-nicowania, co sugeruj¹ wyniki Mouillet-Richard i wsp.(55,56)
Zaobserwowano równie¿, ¿e wzór ekspresji genu Prnp w trakcie ró¿nicowania neuronalnego mo¿e byæ zale¿-ny od docelowego fenotypu komórek, co w badaniach Mouillet-Richard i wsp. przejawia siê obni¿eniem po-ziomu ekspresji genu Prnp w przypadku wejœcia komó-rek na „drogê serotonergiczn¹”, w przeciwieñstwie do ró¿nicowania w kierunku komórek o fenotypie neu-ronów noradrenergicznych(56). Interesuj¹cy wydaje siê
równie¿ fakt, i¿, jak pokaza³y póŸniejsze badania, pro-ces ró¿nicowania komórek 1C11, zainfekowanych pa-tologiczn¹ izoform¹ bia³ka – PrPsc nie przebiega
nor-malnie, czego przejawem s¹ zaburzenia powstawania neurytów oraz syntezy i metabolizmu serotoniny(57).
Badania Mouillet-Richard i wsp. z wykorzystaniem ja-ko modelu linii 1C11 ukazuj¹ PrPcjako ogniwo
kaska-dy sygnalizacyjnej, której koñcowym efektem jest akty-wacja kinaz ERK1/2. Uzyskane wyniki sugeruj¹ jednak, i¿ proces ten przebiega odmiennie w przypadku komó-rek niezró¿nicowanych oraz w pe³ni zró¿nicowanych komórek o fenotypie serotonergicznych lub noradre-nergicznych neuronów(17). Wynik ten pozwala
przypusz-czaæ, ¿e rola bia³ka PrPcmo¿e przejawiaæ siê ró¿nie,
za-le¿nie od stopnia zró¿nicowania komórek. Hipotezê tê wydaj¹ siê potwierdzaæ badania Kellermann i wsp., które wskazuj¹, i¿ jedn¹ z funkcji bia³ka PrPcjest
„do-strajanie” procesów specyficznych wy³¹cznie dla zró¿-nicowanych neuronów(58).
U
UDDZZIIAA££ BBIIAA££KKAA PPRRIIOONNUU WW PPRROOCCEESSAACCHH S
SPPEECCYYFFIICCZZNNYYCCHH DDLLAA NNEEUURROONNÓÓWW
Dotychczasowe wyniki badañ sugeruj¹, i¿ bia³ko PrPc
mo¿e byæ ogniwem kaskad sygnalizacyjnych powi¹za-nych z procesami metabolicznymi swoistymi dla komó-rek nerwowych. Udzia³ PrPcw szlaku sygnalizacyjnym
zwi¹zanym z aktywnoœci¹ kinazy tyrozynowej Fyn stwier-dzono w warunkach in vitro w przypadku zró¿nicowanych komórek linii neuronalnej 1C11 o fenotypie serotoner-gicznych i noradrenerserotoner-gicznych neuronów(58). Wyniki
eks-perymentów prowadzonych z wykorzystaniem tej sa-mej linii komórkowej pozwalaj¹ ponadto przypuszczaæ, i¿ PrPcmo¿e modulowaæ aktywnoœæ sygnalizacyjn¹
re-ceptorów serotonergicznych (5-HT), których dzia³anie zwi¹zane jest z syntez¹, magazynowaniem i transpor-tem serotoniny(17,59).
Analiza lokalizacji PrPc w komórkach nerwowych
po-zwoli³a stwierdziæ obecnoœæ bia³ka g³ównie w b³onie ko-mórkowej oraz w obszarze presynaptycznych zakoñczeñ neuronów, jak równie¿ diktiosomów i organelli recyklin-gu komórkowego(60,61). Ponadto wykazano, ¿e w pewnych
warunkach biochemicznych PrPcmo¿e mieæ wp³yw na
procesy pobudliwoœci neuronów oraz przekaŸnictwo sy-naptyczne(61), posiada tak¿e zdolnoœæ interakcji z
bia³-kami bior¹cymi udzia³ w zjawiskach synaptycznych, np. synapsyn¹ I(13,62).
Sugeruje siê równie¿ udzia³ bia³ka PrPcw zachowaniu
homeostazy wapniowej w neuronach oraz homeostazy jonów Cu2+w obrêbie po³¹czeñ synaptycznych(2,13,61,63).
Na podstawie wyników badañ z wykorzystaniem my-szy typu knock-out pod wzglêdem genu Prnp (Prnp-/-) wysuniêto hipotezy postuluj¹ce udzia³ PrPc w
wy¿-szych funkcjach uk³adu nerwowego, stwierdzono, i¿ ak-tywnoœæ bia³ka prionu mo¿e byæ zwi¹zana z procesami uczenia i pamiêci oraz rytmem snu i czuwania(6-8).
Wobec powy¿szych doniesieñ na temat roli PrPcw
proce-sach ró¿nicowania oraz funkcjonowania komórek nerwo-wych zaskakuj¹cy jest fakt, ¿e myszy z nieaktywnym ge-nem Prnp nie wykazuj¹ istotnych zaburzeñ w rozwoju organizmu(2,7)oraz funkcjonowaniu uk³adu
nerwowe-go(2,8,64). Badania prowadzone in vitro z wykorzystaniem
neuronalnych linii komórkowych, w których wyelimino-wano gen Prnp (Prnp-/-), wykaza³y, i¿ brak bia³ka PrPcnie
Rys. 3. Schemat ekspresji genu PRNP/Prnp w procesie ró¿nicowania neuralnego. Badania in vitro i in vivo wykaza³y wzrost ekspresji genu PRNP/Prnp w pro-cesie ró¿nicowania komórek nerwowych, kwesti¹ kontrowersyjn¹ natomiast jest ekspresja PrPcw ró¿-nicuj¹cych komórkach gleju
192
uniemo¿liwia ró¿nicowania, a jedynie spowalnia ten pro-ces, czego przejawem jest opóŸnienie ekspresji poszcze-gólnych markerów ró¿nicowania neuronalnego(28,65).
W œwietle powy¿szych obserwacji pojawia siê jednak py-tanie, na ile znacz¹ca jest funkcja bia³ka PrPcw
ró¿nico-waniu neuronalnym, skoro nie jest ono niezbêdne. Czy, jak sugeruj¹ Chiarini i wsp., komórki pozbawione PrPc
uruchamiaj¹ swoisty mechanizm kompensuj¹cy brak aktywnoœci tego bia³ka podczas ró¿nicowania(12), czy te¿
PrPcnie odgrywa w tym zjawisku kluczowej roli, a
towa-rzysz¹cy ró¿nicowaniu neuronalnemu wzrost ekspresji genu PRNP/Prnp jest odzwierciedleniem innych proce-sów metabolicznych zachodz¹cych w komórkach? Z drugiej zaœ strony w warunkach in vitro nadekspresja PrPcwp³ywa na zmianê ekspresji genów zwi¹zanych z
pro-cesami specyficznymi dla komórek uk³adu nerwowego(9). E
EKKSSPPRREESSJJAA GGEENNUU PPRRNNPP//PPrrnnpp W
W KKOOMMÓÓRRKKAACCHH GGLLEEJJUU
Chocia¿ dominuj¹cym aspektem rozwa¿anych tu do-niesieñ jest ustalenie roli PrPcw ró¿nicowaniu i
funk-cjonowaniu komórek nerwowych, nie mo¿na pomin¹æ badañ zmierzaj¹cych do okreœlenia wzoru ekspresji ge-nu PRNP/Prnp oraz roli PrPcw komórkach gleju, tym
bardziej ¿e w procesie neurogenezy ró¿nicowanie ko-mórek nerwowych i glejowych to zjawiska wspó³istnie-j¹ce i najprawdopodobniej wzajemnie od siebie zale¿ne. Dotychczas uzyskane wyniki badañ nie daj¹ pod tym wzglêdem spójnych rezultatów, pozwalaj¹cych jedno-znacznie okreœliæ wzór ekspresji genu PRNP/Prnp w ko-mórkach glejowych. Pionierskie badania Moser i wsp. wykaza³y obecnoœæ transkryptu genu Prnp w astrocytach mózgów chomika i szczura na poziomie zbli¿onym do komórek nerwowych oraz ujawni³y dwukrotny wzrost ekspresji genu podczas rozwoju postnatalnego(66). Z
ko-lei inne badania z wykorzystaniem komórek myszy po-twierdzi³y ekspresjê genu Prnp w astrocytach, wykazuj¹c jednak, i¿ jego ekspresja mo¿e byæ uwarunkowana ró¿-nymi czynnikami, zwi¹zaró¿-nymi nie tylko z procesem ró¿ni-cowania(67). Wyniki jednych z najnowszych badañ
ujaw-ni³y natomiast, ¿e obecnoœæ PrPcw astrocytach wydaje
siê niezbêdna dla prawid³owego przebiegu ró¿nicowa-nia neuronalnego w kokulturze, ma wp³yw na tworzenie i wzrost wypustek nerwowych, zachowanie w³aœciwej struktury lamininy – bia³ka istotnego dla ró¿nicowania oraz na prze¿ycie ró¿nicuj¹cych neuronów(68).
Analiza ekspresji genu PRNP w procesie ró¿nicowania neuralnego in vitro na modelu GFAP-pozytywnych pro-genitorów neuralnych cz³owieka ujawni³a obecnoœæ PrPc
w ró¿nicuj¹cej linii glejowej, aczkolwiek poziom tego bia³ka nie zmieni³ siê w uzyskanej po ró¿nicowaniu po-pulacji komórek glejowych w stosunku do niezró¿nico-wanej populacji wyjœciowej(45).
W badaniach in vivo Adle-Biasette i wsp. zidentyfikowano natomiast pewn¹ populacjê astrocytów, która w trakcie
procesu neurogenezy charakteryzowa³a siê wzrostem ekspresji genu PRNP(47).
W opozycji do przedstawionych doniesieñ pozostaje je-dynie praca Steele i wsp., której autorzy, wykorzystuj¹c jako model ró¿nicowania neuralnego progenitory my-szy, nie odnotowali ekspresji PrPcw trakcie
ró¿nicowa-nia linii glejowej, pocz¹wszy od stadium wyjœciowego, a na zró¿nicowanych komórkach wykazuj¹cych ekspre-sjê specyficznych markerów glejowych skoñczywszy(28).
Udowodniono ponadto, i¿ aktywnoœæ bia³ka PrPc
w astrocytach mo¿e byæ istotna nie tylko dla procesów ró¿nicowania, bia³ko to mo¿e byæ zaanga¿owane rów-nie¿ w procesy zwi¹zane z metabolizmem glutaminia-nu i miedzi(69,70).
W¹tkiem pobocznym towarzysz¹cym powy¿szym bada-niom jest analiza ekspresji genu PRNP/Prnp w trakcie ró¿nicowania mikrogleju i oligodendrocytów. W bada-niach in vivo Adle-Biasette i wsp. stwierdzono okresowy wzrost poziomu PrPcwe wczesnym stadium
ró¿nicowa-nia mikrogleju(47). Natomiast wyniki Steele i wsp. w
warun-kach in vitro nie wykaza³y obecnoœci PrPcw komórkach
oligodendrocytów uzyskanych w procesie ró¿nicowania neuralnego progenitorów myszy(28).
Podsumowaniem powy¿szych badañ jest obraz ekspre-sji genu PRNP/Prnp w trakcie ró¿nicowania neuralnego przedstawiony na rys. 3.
H
HEETTEERROOGGEENNNNOOŒŒÆÆ PPOOZZIIOOMMUU PPrrPPCC
W
W RRÓÓ¯¯NNIICCUUJJ¥¥CCYYCCHH KKOOMMÓÓRRKKAACCHH
Pomimo istnienia doniesieñ jednoznacznie sugeruj¹-cych udzia³ PrPc w ró¿nicowaniu neuronalnym
ró¿ni-cuj¹ce komórki cechuj¹ siê odmiennym wzorem eks-presji genu koduj¹cego to bia³ko, nie tylko w przypadku ró¿nych linii neuronalnych, ale nawet w przypadku tej samej linii komórkowej.
Analiza poziomu bia³ka PrPcw populacji
MAP-2-pozy-tywnych komórek neuronalnych uzyskanych w procesie ró¿nicowania neuralnego in vitro progenitorów neural-nych cz³owieka ujawni³a, i¿ badana populacja komórek cechuje siê heterogennoœci¹ pod wzglêdem poziomu badanego bia³ka. Wynik ten nasuwa pytanie, dlaczego komórki o tym samym fenotypie okreœlonym ekspresj¹ markera neuronalnego – MAP-2, znajduj¹ce siê w koñ-cowych etapach ró¿nicowania, reprezentuj¹ tak odmien-ny poziom PrPc, poczynaj¹c od komórek o prawie
nie-wykrywalnej ekspresji, a skoñczywszy na wykazuj¹cych stosunkowo wysok¹ immunoreaktywnoœæ(45).
Próba stworzenia uniwersalnego wzorca ekspresji ge-nu PRNP/Prnp w procesie ró¿nicowania neuralnego wydaje siê wobec tego nadmiernym uproszczeniem. Analiza powy¿szych rozwa¿añ nasuwa wniosek, i¿ jest to swoista cecha, któr¹ nale¿y rozpatrywaæ indy-widualnie dla danego typu komórek, drogi ró¿nico-wania w kierunku okreœlonego fenotypu czy stopnia zaawansowania ró¿nicowania.
193
Rozpatruj¹c rolê PrPcpodczas ró¿nicowania komórekneuronalnych in vitro czy te¿ podczas neurogenezy in vivo, nie sposób pomin¹æ faktu, i¿ s¹ to zjawiska z³o-¿one, obejmuj¹ce równie¿ inne procesy, takie jak apo-ptoza czy migracja komórek, które potencjalnie anga-¿uj¹ bia³ko PrPc, w zwi¹zku z czym ekspresja PrPc
w komórkach mo¿e stanowiæ wypadkow¹ ró¿nych pro-cesów metabolicznych(2,13,71,72).
Je¿eli, jak sugeruje lektura bie¿¹cego piœmiennictwa, jedn¹ z funkcji PrPcjest udzia³ w procesie ró¿nicowania
neuralnego, to pozostaje pytanie, czy aktywnoœæ tego bia³ka jest czynnikiem sprawczym, czy te¿ raczej skut-kiem tego zjawiska.
PIŒMIENNICTWO: BIBLIOGRAPHY: 1
1.. Riesner D.: Biochemistry and structure of PrP(C) and PrP(Sc). Br. Med. Bull. 2003; 66: 21-33.
2
2.. Martins V.R., Mercadante A.F., Cabral A.L. i wsp.: Insights into the physiological function of cellular prion protein. Braz. J. Med. Biol. Res. 2001; 34: 585-595. 3
3.. Bendheim P.E., Brown H.R., Rudelli R.D. i wsp.: Nearly ubiquitous tissue distribution of the scrapie agent precur-sor protein. Neurology 1992; 42: 149-56.
4
4.. Horiuchi M., Yamazaki N., Ikeda T. i wsp.: Cellular form of prion protein (PrPC) exists in many non-neuronal
tis-sues of sheep. J. Gen. Virol. 1995; 76: 2583-2587. 5
5.. Tremblay P., Bouzamondo-Bernstein E., Heinrich C. i wsp.: Developmental expression of PrP in the post-implanta-tion embryo. Brain Res. 2007; 1139: 60-67.
6
6.. Liberski P.P.: Pasa¿owalne encefalopatie g¹bczaste. Wyd. Upowszechnianie Nauki – Oœwiata „UN-O” Sp. z o.o., Warszawa 1999.
7
7.. Sakaguchi S.: Roles of prion protein and prion protein-protein in neurodegeneration: implication in the patho-genesis of prion diseases. W: Doupher V.B.: Prions: New research. Nova Science Publishers Inc., 2006.
8
8.. Weissmann C., Flechsig E.: PrP knock-out and PrP trans-genic mice in prion research. Br. Med. Bull. 2003; 66: 43-60. 9
9.. Satoh J., Yamamura T.: Gene expression profile following stable expression of the cellular prion protein. Cell Mol. Neurobiol. 2004; 24: 793-814.
1
100.. Lopes M.H., Hajj G.N., Muras A.G. i wsp.: Interaction of cellular prion and stress-inducible protein 1 promotes neuritogenesis and neuroprotection by distinct signaling pathways. J. Neurosci. 2005; 25: 11330-11339.
1
111.. Zanata S.M., Lopes M.H., Mercadante A.F. i wsp.: Stress-inducible protein 1 is a cell surface ligand for cellular prion that triggers neuroprotection. EMBO J. 2002; 21: 3307-3316.
1
122.. Chiarini L.B., Freitas A.R., Zanata S.M. i wsp.: Cellular prion protein transduces neuroprotective signals. EMBO J. 2002; 21: 3317-3326.
1
133.. Lasmezas C.I.: Putative functions of PrP(C). Br. Med. Bull. 2003; 66: 61-70.
1
144.. Brown D.R., Besinger A.: Prion protein expression and superoxide dismutase activity. Biochem J. 1998; 334: 423-429.
1
155.. Schneider B., Mutel V., Pietri M. i wsp.: NADPH oxidase and extracellular regulated kinases 1/2 are targets of prion
protein signaling in neuronal and nonneuronal cells. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2003; 100: 13326-13331.
1
166.. Malaise M.E., Brabeck C., Kloz U. i wsp.: Roles of cellu-lar prion protein in oxidative stress and mitochondrial function. PRION 2006 Strategies, advances and trends towards protection of society. 3rd-6thOctober, 2006, Torino.
1
177.. Mouillet-Richard S., Schneider B., Pradines E. i wsp.: Cellular prion protein signaling in serotonergic neuronal cells. Ann. NY Acad. Sci. 2007; 1096: 106-119. 1
188.. Kim B.H., Lee H.G., Choi J.K. i wsp.: The cellular prion protein (PrPC) prevents apoptotic neuronal cell death
and mitochondrial dysfunction induced by serum depri-vation. Brain Res. Mol. Brain Res. 2004; 124: 40-50. 1
199.. Roucou X., Giannopoulos P.N., Zhang Y. i wsp.: Cellular prion protein inhibits proapoptotic Bax conformation-al change in human neurons and in breast carcinoma MCF-7 cells. Cell Death Differ. 2005; 12: 783-795. 2
200.. Christensen H.M., Harris D.A.: Cellular lifesaver: explor-ing the role of cellular prion protein in neuroprotection. PRION 2006 Strategies, advances and trends towards protection of society. 3rd-6thOctober, 2006, Torino.
2
211.. Paitel E., Fahraeus R., Checler F.: Cellular prion protein sensitizes neurons to apoptotic stimuli through Mdm2-regulated and p53-dependent caspase 3-like activation. J. Biol. Chem. 2003; 278: 10061-10066.
2
222.. Saghafi S., Spilman P., Tanz Z. i wsp.: PrP topology as a determinant of pro- or anti-apoptotic function. PRION 2005 Between fundamentals and society’s needs. 19th-21st
October, 2005, Dusseldorf. 2
233.. Saghafi S., Spilman P.R., DeArmond S.J. i wsp.: Regula-tion of PrPc topology is developmentally dependent.
PRION 2006 Strategies, advances and trends towards protection of society. 3rd-6thOctober, 2006, Torino.
2
244.. Pan T., Wong B.S., Liu T. i wsp.: Cell-surface prion pro-tein interacts with glycosaminoglycans. Biochem. J. 2002; 368: 81-90.
2
255.. Gauczynski S., Peyrin J.M., Haik S. i wsp.: The 37-kDa/ 67-kDa laminin receptor acts as the cell-surface receptor for the cellular prion protein. EMBO J. 2001; 20: 5863-5875. 2
266.. Monnet C., Marthiens V., Enslen H. i wsp.: Heterogene-ity and regulation of cellular prion protein glycoforms in neuronal cell lines. Eur. J. Neurosci. 2003; 18: 542-548. 2
277.. Starke R., Harrison P., Mackie I. i wsp.: The expression of prion protein PrPCin the megakaryocyte lineage. J. Thromb.
Haemost. 2005; 36: 1266-1273. 2
288.. Steele A.D., Emsley J.G., Ozdinler P.H. i wsp.: Prion pro-tein (PrPc) positively regulates neural precursor prolifera-tion during developmental and adult mammalian neuro-genesis. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2006; 103: 3416-3421. 2
299.. Manson J., West J.D., Thomson V. i wsp.: The prion pro-tein gene: a role in mouse embryogenesis? Development. 1992; 115: 117-122.
3
300.. Miele G., Alejo Blanco A.R. i wsp.: Embryonic activation and developmental expression of the murine prion pro-tein gene. Gene Expr. 2003; 11: 1-12.
3
311.. Lazarini F., Deslys J.P., Dormont D.: Regulation of the glial fibrillary acidic protein, beta actin and prion protein mRNAs during brain development in mouse. Brain Res. Mol. Brain Res. 1991; 10: 343-346.
3
322.. Zhang C.C., Steele A.D., Lindquist S. i wsp.: Prion pro-tein is expressed on long-term repopulating hematopoiet-ic stem cells and is important for their self-renewal. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2006; 103: 2184-2189.
3
333.. Martinez del Hoyo G., Lopez-Bravo M., Metharom P. i wsp.: Prion protein expression by mouse dendritic cells is restricted to the nonplasmacytoid subsets and corre-lates with the maturation state. J. Immunol. 2006; 177: 6137-6142.
194
3344.. Dodelet V.C., Cashman N.R.: Prion protein expression in human leukocyte differentiation. Blood 1998; 91: 1556-1561. 3
355.. Fujisawa M., Kanai Y., Nam S.Y. i wsp.: Expression of Prnp mRNA (prion protein gene) in mouse spermato-genic cells. J. Reprod. Dev. 2004; 50: 565-570.
3
366.. Massimino M.L., Stella R., Ferrari J. i wsp.: Pursuing the biological function of PrPc by means of a novel experi-mental paradigm. PRION 2006 Strategies, advances and trends towards protection of society. 3rd-6thOctober, 2006,
Torino. 3
377.. Sales N., Hassig R., Rodolfo K. i wsp.: Developmental expression of the cellular prion protein in elongating axons. Eur. J. Neurosci. 2002; 15: 1163-1177.
3
388.. Moya K.L., Sales N., Hassig R. i wsp.: Immunolocalization of the cellular prion protein in normal brain. Microsc. Res. Tech. 2000; 50: 58-65.
3
399.. Lawson V.A., Collins S.J., Masters C.L. i wsp.: Prion pro-tein glycosylation. J. Neurochem. 2005; 93: 793-801. 4
400.. Lehmann S., Casanova D., Milhavet O.: Neural stem cells can propagate prions in culture. PRION 2005 Between fundamentals and society’s needs. 19th-21stOctober, 2005,
Dusseldorf. 4
411.. Milhavet O., Casanova D., Chevallier N. i wsp.: Neural stem cell model for prion propagation. Stem Cells 2006; 24: 2284-2291.
4
422.. Doetsch F., Caille I., Lim D.A. i wsp.: Subventricular zone astrocytes are neural stem cells in the adult mam-malian brain. Cell 1999; 97: 703-716.
4
433.. Seri B., Garcia-Verdugo J.M., McEwen B.S. i wsp.: Astro-cytes give rise to new neurons in the adult mammalian hippocampus. J. Neurosci. 2001; 21: 7153-7160. 4
444.. Horner P.J., Palmer T.D.: New roles for astrocytes: the nightlife of an “astrocyte”. La vida loca! Trends Neurosci. 2003; 26: 597-603.
4
455.. Witusik M., Gresner S.M., Hulas-Bigoszewska K. i wsp.: Neuronal and astrocytic cells, obtained after differentia-tion of human neural GFAP-positive progenitors, present heterogeneous expression of PrPC. Brain Res. 2007;
1186: 65-73. 4
466.. Rieske P., Azizi S.A., Augelli B. i wsp.: A population of human brain parenchymal cells express markers of glial, neuronal and early neural cells and differentiate into cells of neuronal and glial lineages. Eur. J. Neurosci. 2007; 25: 31-37.
4
477.. Adle-Biassette H., Verney C., Peoc’h K. i wsp.: Immuno-histochemical expression of prion protein (PrPC) in the
human forebrain during development. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2006; 65: 698-706.
4
488.. Graner E., Mercadante A.F., Zanata S.M. i wsp.: Cellular prion protein binds laminin and mediates neuritogenesis. Brain Res. Mol. Brain Res. 2000; 76: 85-92.
4
499.. Coitinho A.S., Freitas A.R., Lopes M.H. i wsp.: The inter-action between prion protein and laminin modulates memory consolidation. Eur. J. Neurosci. 2006; 24: 3255-3264.
5
500.. Graner E., Mercadante A.F., Zanata S.M. i wsp.: Laminin-induced PC-12 cell differentiation is inhibited fol-lowing laser inactivation of cellular prion protein. FEBS Lett. 2000; 482: 257-260.
5
511.. Schmitt-Ulms G., Legname G., Baldwin M.A. i wsp.: Binding of neural cell adhesion molecules (N-CAMs) to the cellular prion protein. J. Mol. Biol. 2001; 314: 1209-1225. 5
522.. Santuccione A., Sytnyk V., Leshchynska I. i wsp.: Prion protein recruits its neuronal receptor NCAM to lipid rafts to activate p59fyn and to enhance neurite outgrowth. J. Cell Biol. 2005; 169: 341-354.
5
533.. Chen S., Mange A., Dong L., Lehmann S., Schachn-er M.: Prion protein as trans-intSchachn-eracting partnSchachn-er for
neu-rons is involved in neurite outgrowth and neuronal sur-vival. Mol. Cell Neurosci. 2003; 22: 227-233.
5
544.. Kuwahara C., Kubosaki A., Nishimura T. i wsp.: Enhanced expression of cellular prion protein gene by insulin or nerve growth factor in immortalized mouse neuronal precursor cell lines. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2000; 268: 763-766.
5
555.. Zawlik I., Witusik M., Hulas-Bigoszewska K. i wsp.: Reg-ulation of PrPC expression: nerve growth factor (NGF) activates the prion gene promoter through the MEK1 pathway in PC12 cells. Neurosci. Lett. 2006; 400: 58-62. 5
566.. Mouillet-Richard S., Laurendeau I., Vidaud M. i wsp.: Prion protein and neuronal differentiation: quantitative analysis of prnp gene expression in a murine inducible neuroecto-dermal progenitor. Microbes Infect. 1999; 1: 969-976. 5
577.. Mouillet Richard S., Nishida N., Laude H. i wsp.: Prion infection interferes with the serotonergic differentiation of the murine 1C11 neuronal progenitor. PRION 2006 Strate-gies, advances and trends towards protection of society. 3rd-6thOctober, 2006, Torino.
5
588.. Kellermann O., Lafay-Chebassier C., Ermonval M. i wsp.: From stem cells to prion signalling. C.R. Biol. 2002; 325: 9-15.
5
599.. Mouillet-Richard S., Pietri M., Schneider B. i wsp.: Modu-lation of serotonergic receptor signaling and cross-talk by prion protein. J. Biol. Chem. 2005; 280: 4592-4601. 6
600.. Bailly Y., Haeberle A.M., Blanquet-Grossard F. i wsp.: Prion protein (PrPC) immunocytochemistry and
expres-sion of the green fluorescent protein reporter gene under control of the bovine PrP gene promoter in the mouse brain. J. Comp. Neurol. 2004; 473: 244-269.
6
611.. Herms J., Tings T., Gall S. i wsp.: Evidence of presynap-tic location and function of the prion protein. J. Neurosci. 1999; 19: 8866-8875.
6
622.. Spielhaupter C., Schatzl H.M.: PrPCdirectly interacts with
proteins involved in signaling pathways. J. Biol. Chem. 2001; 276: 44604-44612.
6
633.. Herms J.W., Korte S., Gall S. i wsp.: Altered intracellular calcium homeostasis in cerebellar granule cells of prion pro-tein-deficient mice. J. Neurochem. 2000; 75: 1487-1492. 6
644.. Brandner S.: CNS pathogenesis of prion diseases. Br. Med. Bull. 2003; 66: 131-139.
6
655.. Barenco M.G., Valon C., Hammann J. i wsp.: The N-ter-minal domain of the cellular prion protein is not neces-sary to induce neuronal differentiation and neurite out-growth. PRION 2006 Strategies, advances and trends towards protection of society. 3rd-6thOctober, 2006, Torino.
6
666.. Moser M., Colello R.J., Pott U. i wsp.: Developmental expression of the prion protein gene in glial cells. Neuron 1995; 14: 509-517.
6
677.. Lazarini F., Castelnau P., Chermann J.F. i wsp.: Modula-tion of prion protein gene expression by growth factors in cultured mouse astrocytes and PC-12 cells. Brain Res. Mol. Brain Res. 1994; 22: 268-274.
6
688.. Lima F.R., Arantes C.P., Muras A.G. i wsp.: Cellular prion protein expression in astrocytes modulates neu-ronal survival and differentiation. J. Neurochem. 2007; 103: 2164-2176.
6
699.. Brown D.R., Mohn C.M.: Astrocytic glutamate uptake and prion protein expression. Glia 1999; 25: 282-292. 7
700.. Brown D.R.: Role of the prion protein in copper turnover in astrocytes. Neurobiol. Dis. 2004; 15: 534-543. 7
711.. McClellan K.A., Slack R.S.: Novel functions for cell cycle genes in nervous system development. Cell Cycle 2006; 5: 1506-1513.
7
722.. Yu S., Zhang I.Z., Xu Q.: Genes associated with neuronal differentiation of precursors from human brain. Neuro-science 2006; 141: 817-825.
