bdnf ген: строение и регуляция транскрипции

Ген bdnf ( рис. 5 ) [ Tao X., Finkbeiner S., ea 1998 ] состоит из четырех коротких 5'-некодирующих экзонов (I-IV), каждый из которых содержит отдельный промотор, и одного 3'-концевого экзона (экзон V), кодирующего белок BDNF. Кроме того, каждый из четырех вариантов, полученных в результате альтернативного сплайсинга, подвергается полиаденилированию по одному из двух сайтов, расположенных в 3' области экзона V. Таким образом, получается 8 продуктов, кодирующих один и тот же белок ( рис. 6 ). Смысл подобного разнообразия, по-видимому, состоит в том, что экспрессия BDNF таким образом может селективно регулироваться различными факторами и на нескольких уровнях, что обеспечивает большую гибкость в контроле скорости и величине ответа на то или иное воздействие, приводящее к усилению экспрессии белка BDNF.

Ген bdnf считается геном раннего ответа (IEG) , то есть в ответ на стимул происходит быстрая инициация транскрипции этого гена, не требующая синтеза белка de novo, а в результате посттрансляционной модификации предсуществующих факторов транскрипции.

В нейронах рецепция нейротрансмиттера и деполяризация мембраны приводит к открытию лиганд- и потенциал-зависимых кальциевых каналов , что способствует входу кальция в клетку [ Shaywitz A.J., Greenberg M.E. 1999 ]. Кальций , быстро связываясь с соответствующими белками, запускает каскады передачи сигнала в ядро клетки. В ядре, в промоторе гена bdnf транскрипционный фактор CREB , связанный с последовательностью CRE , находится в неактивном состоянии. Кальций-зависимые протеинкиназы фосфорилируют CREB по остатку Ser 133, что запускает транскрипцию мРНК для BDNF.

Однако, мутационный анализ промотора bdnf выявил наличие дополнительных элементов, необходимых для кальций-зависимой транскрипции bdnf, и отличных от CREB.

Регуляторные последовательности, контролирующие транскрипцию, находятся обычно в последовательности ДНК, фланкирующей 5'-конец начального экзона. Для гена bdnf таких экзонов четыре. Транскрипты, содержащие экзоны I, II и III, экспрессируются в мозге, тогда как экзон IV обнаружен вне мозга. Экзоны I и III индуцируются при судорожной активности во взрослом мозге [ Timmusk ea 1993 ].

Данные, полученные с помощью ОТ-ПЦР показали, что при деполяризации мембраны эмбриональных нейронов коры in vitro происходит транскрипция, главным образом, экзона III. Причем этот процесс не останавливается при добавлении в культуру циклогексемида, блокирующего синтез белка. Это говорит о том, что транскрипция экзона III запускается за счет посттранскрипционной модификации уже существующих факторов транскрипции [ Tongiorgi E., ea 1997 ].

Для определения роли регуляторных элементов в транскрипции гена bdnf осуществлялся делеционный анализ и направленный мутагенез промоторной области экзона III [ Tao X. ea 2002 , West A.E.,2001 ]. Это позволило выявить наличие последовательности CRE за 35 п.н. до точки начала транскрипции. Дальнейший анализ промоторной области показал, что CREB является необходимым, но недостаточным фактором для запуска транскрипции. Найдены еще два элемента ДНК, регулирующие транскрипцию экзона III гена bdnf.

Проксимальный элемент (-52-43) содержит последовательность E-box и связывает белок, принадлежащий к семейству транскрипционных факторов типа спираль-петля-спираль ( helix-loop-helix ). Дистальный элемент (-73- 64) ( 5'-CTATTTCGAG-3' ) не принадлежит ни к одной из известных регуляторных последовательностей. C ним связывается белок, названный CaRF (calcium response factor) .

Таким образом, экзон III гена bdnf находится под регуляцией трех различных последовательностей, зависящих от ионов кальция (CaRE). Причем, мутация любого из них практически полностью прекращает транскрипцию bdnf, зависящую от ионов кальция. То есть, для запуска транскрипции требуется несколько сигнальных событий, которые приведут к совместной активации всех трех факторов. Это, по-видимому, повышает порог сигнала, необходимого для запуска транскрипции bdnf, делая этот процесс более специфичным.

Кроме того, было показано, что транскрипция гена bdnf также находится под контролем другого транскрипционного фактора Fos [ Bayatti N., Engele J. ea 2001 , Engele ea 1996 , Mei ea 2006 , Smeyne 1993 ]. Приведенные выше данные свидетельствуют о том. что экспрессия гена bdnf в ЦНС находится под сложным контролем различных внутри- и внеклеточных факторов.

Ссылки: