Araştırma neden değerlidir?
Nöronlar nereye gideceğini ve ne olmaları gerektiğini nasıl bilir? Serebral korteksin gelişimi, nöronal bileşenlerinin hassas göçü, konumlandırılması ve kader stabilizasyonuna bağlıdır: uyarıcı nöronlar ve inhibitör interneronlar. Bu bağlamda kritik kritik bir molekül grubu, DNA dizisini değiştirmeden gen ekspresyonunu düzenleyen DNA metiltransferazlar gibi epigenetik değiştiricilerdir. Bunlar arasında, DNMT1 uzun zamandır hücre bölünmesi sırasında DNA metilasyonu için bir bakım enzimi olarak görülmektedir. Ancak hücreler hücre döngüsünden çıktıktan sonra rolü nedir?
Özellikle DNMT1'in postmitotik inhibitör interneuronlarda, özellikle medial gangliyonik seçkinden gelişen kortekse teğet olarak göç eden somatostatin-pozitif (SST+) interneronlarda nasıl işlev gördüğü ile ilgileniyorduk. Genellikle gelişimsel rahatsızlıklara dayanan kortikal interneuron disfonksiyonu, şizofreni, otizm spektrum bozuklukları ve epilepsi dahil olmak üzere bir dizi nörogelişimsel ve nöropsikiyatrik bozuklukla bağlantılıdır. Ayrıca, DNMT1 düzensizliğinin kendisi bu koşullarda rol oynamıştır. Çalışmamız, epigenetik bozulmanın-VIA DNMT1-mitozdan sonra interneuron konumlandırmasını ve kimliği nasıl bozduğuna ve potansiyel olarak hatalı devre montajına ve hastalıkla ilgili davranışsal sonuçlara katkıda bulunduğuna dair mekanik bir fikir vermektedir. Daha geniş bir şekilde, çalışmamız uzun süredir devam eden bir soruyu ele alıyor: DNMT1 gibi epigenetik düzenleyiciler, hücre bölünmesinden sonra interneuron alt tipi kimliğini ve konumlandırmayı aktif olarak şekillendiriyor mu ve eğer öyleyse, bu kortikal devre oluşumunu ve işlevini nasıl etkileyebilir?
Yazarlar ne yaptı?
Bu çalışma uzun bir yolculuk olmuştur. Grubumun zamanında Jena Üniversitesi'nde başladı, burada ilk olarak belirli interneron popülasyonlarında DNMT1'i hedefleyen koşullu fare çizgileri oluşturduk. Aachen'e taşındıktan sonra, bu hatları yeniden inşa etmek, lisansları yeniden oluşturmak ve deneysel boru hatlarımızı sıfırdan yeniden tesis etmek zorunda kaldık. Gözlemlediğimiz ilk çarpıcı fenotip yetişkin farelerde idi: kortikal tabakada bir kayma ve davranışsal anormallikler. Ancak bu değişikliklerin embriyonik kökenini belirlemek çok daha uzun ve önemli teknik çaba gerektirdi.
Koşullu olarak silmek için bir SST-CRE hattı kullandık DNMT1 SST+ interneurons'ta ve bunu embriyonik beyin dilimleri, transkriptomik ve küresel DNA metilasyon profilinde canlı görüntüleme ile birleştirdi. DNMT1 eksikliği olan SST+ interneronlarının, marjinal bölge boyunca stereotipik göçmen yollarından sapan kortikal plakaya erken girdiğini bulduk. Bu değiştirilmiş konumlandırma, radyal glial progenitörlerin proliferasyon dinamikleri de dahil olmak üzere yerel ortamı etkiler ve hücre dışı bir etkiyi gösterir. Burada, SST-internurons ve kortikal progenitörler arasındaki bu iletişimi destekleyen tek hücreli RNA sekanslama verileri sağlayan Tanja Vogel'in grubundan önemli destek aldık.
Daha fazla transkriptomik analiz ARXinterneuron kimliği ve göç için gerekli olan. Önemli olarak, parvalbümin benzeri (PV) ekspresyon profiline doğru kısmi bir kader geçişi gözlemledik, bu da DNMT1'in hücre döngüsü çıkışından sonra bile SST interneuron alt tipi kimliğini koruduğunu düşündürdü.
DNMT1'in ayrılmayan hücrelerdeki işlevinin yapısal temelini daha iyi anlamak için, Paolo Carloni ekibi ile işbirliği içinde moleküler modelleme ve simülasyon yaklaşımları gerçekleştirildi. Bunlar, DNMT1'in, DNMT1'in klasik bakım metilasyonunun ötesinde düzenleyici fonksiyonlara sahip olabileceği fikrini destekleyen metillenmemiş DNA'ya stabil bir şekilde bağlanabileceğini ortaya koydu.
Şekil 1 – DNMT1'in metillenmemiş DNA'ya bağlanmasının moleküler dinamik simülasyonları (UMDNA)
(A) X-ışını yapısındaki DNMT1/Umdna/SAH kompleks birimi (PDB ID: 3PTA). Birimler arası DNMT1 protein bölgeleri (gül pembe) çoğunlukla pozitif yüklenir ve umdna (mavi) ile etkileşime girer. Birim içi DNMT1 bölgeleri, otoinhibitör bağlayıcı BAH1/BAH2 (beyaz yüzey), katalitik alan (turuncu), SAH (kırmızı küreler) ve CXXC alanı (sarı) içerir. (BG) Sulu çözeltide DNMT1/umdna etkileşimlerinin simülasyonları. (B) Çözeltideki DNMT1/Umdna kompleksinin çizimi. (C) Üç MD simülasyonumuzdan birinin sonundaki kompleks (aynı boyama şeması (A)), CPG bölgesindeki kalıntılar, çubuklarla vurgulanan katalitik alan ile etkileşime girer. Sadece polar gruplarına bağlı hidrojen atomları gösterilir (siyah kesikli çizgiler olarak). (DG)Umdna arasındaki temas sayısı (D)5 ' (e) ve 3 'bölge (F) DNMT1 ile ve 5 'bölge ile DNMT1'in katalitik alanı arasında (G) Son 100-NS simülasyonu sırasında.
Moleküler ve görüntüleme çalışmasının yanı sıra, gözlemlenen gelişimsel değişiklikleri kortikal aktivite modellerindeki değişikliklerde ilişkilendirmemize izin veren Simon Musall tarafından gerçekleştirilen nöropiksel bazlı in vivo kayıtlardan fonksiyonel bilgiler elde edildi. Çalışma aynı zamanda Tanja Vogel'in grubuyla, özellikle sinirsel gelişimde epigenetik düzenleme alanında ilham verici bir fikir alışverişinden ve yayınlanmamış verilerden yararlandı.
Deneysel altyapımız nihayet yeniden kurulduğunda, Covid-19 pandemi vuruşu, hayvan işini geciktirdi ve lojistik karmaşıklık ekledi. Bu engellere rağmen, devam ettik ve hikaye yavaşça bir araya geldi.
Bu çalışmanın sonuçları nelerdir?
Bu çalışma, kortikal interneuron gelişiminin sadece progenitör düzeyinde değil, aynı zamanda postmitotik olarak nasıl epigenetik olarak ince ayarlandığına dair yeni bir fikir vermektedir. DNMT1'in, hücre döngüsü çıkışından sonra bile transkripsiyonel ağlara etki ederek SST+ interneuronlarında göç ve kimlik edinimini düzenlediğini ve böylece bilinen rolünü DNA metilasyon bakımının ötesine uzattığını göstermektedir. Bu çalışma, interneuron spesifikasyonunun progenitör aşamasında sıkı bir şekilde kablolu olmadığı, ancak postmitotik yaşama plastik ve çevresel olarak duyarlı kaldığı ortaya çıkan bir modeli destekler.1,2–3. Bu, nörotransmitterler, hormonlar veya stres gibi dış ipuçlarının epigenetik manzarayı hücre tipine özgü bir şekilde nasıl şekillendirebileceğini keşfetmek için yeni yollar açar.4,5–6.
Bu bulgular, beyin gelişimi sırasında uzamsal olarak kontrol edilen epigenetik düzenlemenin önemini vurgulamaktadır. Ayrıca, otizm ve şizofreni gibi nörogelişimsel ve nöropsikiyatrik bozukluklara bağlı interneuron disfonksiyonunun ortaya çıkabileceği yeni mekanizmalara işaret ederler. GABAerjik devrelerin biliş, ruh hali düzenlemesi ve salınım dinamiklerindeki geniş önemi göz önüne alındığında, bulgularımızın hastalıktaki davranışsal semptomların hücresel temelini anlamak için etkileri olabilir.
Mekanik bir bakış açısından, DNMT1'in postmitotik nöronlarda metillenmemiş DNA'yı bağlama yeteneği, sadece pasif bir bakım enzimi değil, transkripsiyonel plastisitenin bir modülatörü olarak işlev görebileceğini düşündürmektedir. Bu, DNMT1'in kodlayıcı olmayan RNA'lar ve kromatin tadilatlarıyla, özellikle nöronal alt tiplerde etkileşimlerini araştırmak için yeni yollar açar.
Son olarak, bu çalışma, in vivo elektrofizyolojiden moleküler modellemeye kadar disiplinlerarası işbirliğinin değerini ve gelişimsel biyolojiyi yapısal biyokimya ve sistem sinirbilimiyle entegre etme gücünü vurgulamaktadır.
Makaleye bağlantı:
Reichard, J., Wolff, P., Xie, S. ve ark. Somatostatin-pozitif interneron göçünün DNMT1 aracılı regülasyonu kortikal mimariyi ve işlevi etkiler. Nat Commun166834 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-62114-0
Referanslar:
1. Parlak, AR ve ark. Progenitör yeterliliğinin zamansal kontrolü, farelerde GABAerjik nöron gelişiminde olgunlaşmayı şekillendirir. Nat Neurosci (2025) doi: 10.1038/s41593-025-01999-y.
2. Mayer, C., Bandler, RC & Fishell, G. Lineage, ön beyin içinde interneron konumlandırmasının zayıf bir öngörücüsüdür. Nöron 92, 45–51 (2016).
3. De Marco García, NV, Karayannis, T. & Fishell, G. Spesifik kortikal interneuron alt tiplerinin geliştirilmesi için nöronal aktivite gereklidir. Doğa 472, 351-355 (2011).
4. Bagot, RC, Labonté, B., Peña, CJ & Nestler, Psikiyatrik Bozukluklarda EJ Epigenetik Sinyali: Stres ve Depresyon. Diyaloglar Clin Neurosci 16, 281–295 (2014).
5. Zhang, T.-Y. & Meaney, MJ epigenetik ve genomun ve işlevinin çevresel düzenlemesi. Annu. Rev. Psychol. 61, 439-466 (2010).
6. Guan, J.-S. ve ark. HDAC2, bellek oluşumunu ve sinaptik plastisiteyi negatif olarak düzenler. Doğa 459, 55-60 (2009).
Bir yanıt yazın