Μοριακή ανάλυση και δράση του μορίου BM88 και πρώτη περιγραφή ενός νέου νευροειδικού γονιδίου (mc7)

Abstract

Identification and analysis of molecules expressed exclusively in certain cell types (cell-type specific markers) as well as in specific stages of development and differentiation of the nervous system provides significant information in order to understand these phenomena. To this context, during the current study two novel, distinct molecules were isolated and characterized. Antigen BM88 and mc7 gene. Expression of the BM88 antigen in early stages of the developing nervous system prompted to the investigation of its role during neuronal development. As a first step, in order to analyze the structural and functional characteristics of this molecule, BM88 porcine cDNA was cloned and sequenced. BM88 cDNA codes for a novel neuron-specific protein whose overexpression in mouse neuroblastoma cells contributes not only to changes in their morphology but also to modification of expression of neuronal markers related to early and late stages of neuronal differentiation. Analogous experiments were performed in the presence of differentiating agents such as sucrose and retinoic acid which exert their function through distinct pathways. Expression pattern of the endogenous BM88 antigen, in a neuronal differentiation model in vitro, that resembles mouse development in vivo, follows the neuronal pathway. Thus, BM88 antigen is probably participating in the onset of neurogenesis where exit of the cell cycle and differentiation of post-mitotic neurons occurs. An attempt to isolate the mouse BM88 cDNA, in order to perform in vivo functional experiments, resulted to the isolation of a completely distinct novel cDNA that was termed mc7. Mc7 is mainly detected in neuronal tissues where is highly expressed, while showing an interesting developmental expression profile. Cloning and initial analysis of the mc7 molecule showed that mc7 is a peripheral membrane protein. Mc7 gene is widely expressed throughout brain where is detected specifically in neurons. In situ hybridization studies in distinct developmental stages of cerebellum suggest that mc7 participates in morphogenetic processes. Summarizing, during current thesis two novel neuron-specific molecules were identified and subsequently studied, namely BM88 and mc7 which are expressed during development and differentiation of neurons and seem to participate in these procedures.

Ο χαρακτηρισμός και η μελέτη μορίων που εκφράζονται σε συγκεκριμένους κυτταρικούς τύπους και στάδια κατά την ανάπτυξη και την διαφοροποίηση του Νευρικού Συστήματος (Ν.Σ.) είναι εξέχουσας σημασίας γιατί δίνει σημαντικές πληροφορίες για την κατανόηση των φαινομένων αυτών. Στα πλαίσια αυτά, κατά τη διάρκεια της παρούσας εργασίας απομονώθηκαν και χαρακτηρίστηκαν δύο νέα, διακριτά μεταξύ τους, μόρια. Το αντιγόνο ΒΜ88 και το γονίδιο mc7. Η πρώϊμη έκφραση του αντιγόνου ΒΜ88 στο αναπτυσσόμενο νευρικό σύστημα έδωσε το ερέθισμα για την διερεύνηση του ρόλου της πρωτεΐνης αυτής κατά την ανάπτυξη του νευρικού συστήματος. Για να μελετηθούν οι δομικές και λειτουργικές ιδιότητες του μορίου κλωνοποιήθηκε το cDNA ΒΜ88 από χοίρο και αναλύθηκε η πρωτοταγής του δομή. Το αντιγόνο ΒΜ88 αποτελεί μία νέα πρωτεΐνη. Ο λειτουργικός χαρακτηρισμός του μορίου πραγματοποιήθηκε με πειράματα σταθερής μεταμόλυνσης κυττάρων νευροβλαστώματος ποντικού με το cDNA BM88. Η υπερέκφραση του ΒΜ88 στα κύτταρα αυτά συμβάλλει στην μορφολογική τους διαφοροποίηση και στην τροποποίηση της έκφρασης μορίων - δεικτών των πρώϊμων και ώριμων σταδίων της διαφοροποίησης των νευρώνων, όπως φάνηκε μετά από αναλυτική διερεύνηση της έκφρασής τους με ανοσοφθορισμό ή ανάλυση κατά Northern. Ανάλογα πειράματα έγιναν και παρουσία διαφοροποιητικών παραγόντων όπως είναι η σακχαρόζη και το ρετινοϊκό οξύ, τα οποία δρούν μέσω διαφορετικών μηχανισμών. Στη συνέχεια, εξετάστηκε η έκφραση του αντιγόνου ΒΜ88 σε ένα μοντέλο νευρικής διαφοροποίησης in vitro το οποίο προσομοιάζει ιδιαίτερα τα αρχικά στάδια της ανάπτυξης του ποντικού in vivo. Με την προσέγγιση αυτή φάνηκε ότι η έκφραση του αντιγόνου ΒΜ88 ακολουθεί ένα πρότυπο έκφρασης που ακολουθεί την νευρική οδό διαφοροποίησης. Το σύνολο των αποτελεσμάτων αυτών προτείνει ότι το αντιγόνο ΒΜ88 φαίνεται να παίζει ρόλο στην απαρχή της νευρογένεσης κατά το στάδιο όπου σηματοδοτείται η έξοδος από τον κυτταρικό κύκλο και η έναρξη της διαφοροποίησης των μεταμιτωτικών νευρώνων. Παράλληλα, προσπάθεια απομόνωσης του cDNA BM88 από ποντικό, με στόχο την πραγματοποίηση λειτουργικών πειραμάτων στο ζώο αυτό in vivo, κατέληξε τυχαία στην απομόνωση ενός εντελώς διαφορετικού γονιδίου, το οποίο ονομάστηκε mc7. Αφορμή για την περαιτέρω μελέτη του μορίου αυτού αποτέλεσε το γεγονός ότι επρόκειτο για ένα μή ταυτοποιημένο μέχρι εκείνη τη στιγμή γονίδιο η έκφραση του οποίου είναι ιδιαίτερα υψηλή, εντοπίζεται κατά κύριο λόγο σε νευρικούς ιστούς και παρουσιάζει ενδιαφέρον αναπτυξιακό πρότυπο. Η κλωνοποίηση και ο αρχικός χαρακτηρισμός του μορίου mc7 έδειξαν ότι πρόκειται για περιφερική πρωτεΐνη. Η εκτεταμένη έκφραση της πρωτεΐνης mc7 στον εγκέφαλο του ποντικού περιορίζεται σε νευρώνες. Πειράματα υβριδισμού in situ σε διάφορα στάδια ανάπτυξης της παρεγκεφαλίδας, προτείνουν ότι το μόριο mc7 πιθανά συμμετέχει σε μορφογενετικές διαδικασίες. Συνολικά, κατά την εργασία αυτή ταυτοποιήθηκαν και μελετήθηκαν δύο νέα νευροειδικά μόρια, το ΒΜ88 και το mc7, τα οποία φαίνεται να εμπλέκονται σε διαδικασίες ανάπτυξης και διαφοροποίησης των νευρώνων.