Стресс эндоплазматического ретикулума (ER) определяется как любое возмущение, которое ставит под угрозу способность сворачивать белок в органелле. Накопление развернутых белков в просвете ER активирует сигнал каскада трансдукции, называемый развернутым белковым ответом (UPR). Этот сложный сигнальный путь управляется тремя датчиками стресса: PERK (протеинкиназная РНК [PKR]-подобная ER-киназа), IRE1 (инозитол-требующий фермент 1) и ATF6 (активированный транскрипционный фактор 6). Все вместе пытаются восстановить гомеостаз. Но если стресс сохраняется, UPR в конечном итоге вызывает гибель клеток путем апоптоза1.
PERK, трансмембранный белок ER, при стрессе ER приводит к фосфорилированию эукариотического фактора инициации-2 альфа (eIF2α), снижая глобальный синтез белка и, следовательно, белковую нагрузку в ER2. Показано, что кальциневрин A/B (CNA/B), гетеродимерная фосфатазаCa2+, непосредственно связывает цитозольный домен PERK, увеличивая его аутофосфорилирование и значительно усиливая ингибирование трансляции белка и жизнеспособность клеток 3,4. Интересно, что CNA/B в изобилии встречается в мозге млекопитающих, различая две изоформы субъединицы A CN: α и β.
При длительном стрессе ER сигнальный путь PERK является единственной ветвью UPR, которая остается активированной, тем самым опосредуя как выживаемость, так и апоптотическую реакцию. В хронической фазе одним из основных последующих событий является индукция фактора транскрипции, CHOP (гомологичный белок, связывающий CCAAT/энхансер)5. Хронический стресс ER также все чаще признается в качестве общего фактора, способствующего широкому спектру патологических расстройств, включая нейродегенеративные заболевания6. Важно понять, как УПО может способствовать цитопротекторной передаче сигналов вместо гибели клеток 7. Однако в настоящее время мало что известно о точном механизме, контролирующем переход между этими двумя фазами УПО.
Недавно мы обнаружили, что в культивируемых нейронах ганглиозид GM2 накапливается в мембранах ER и индуцирует истощение кальция в просвете. Это, в свою очередь, активирует передачу сигналов PRK, которая опосредует атрофию нейритов и апоптоз 8. В этом исследовании накопление GM2 в культивируемых нейронах используется в качестве модели клеточной системы атрофии нейритов, вызванной стрессом ER. В частности, манипулируются двумя экспрессиями фактора PERK, CN-Aα и CHOP, которые переключают переход между ранними/защитными событиями и хронической/апоптотической фазой. Для этого соответствующие гены заглушаются; таким образом, первичные культуры корковых нейронов инфицируются доставляемой лентивирусом специфической шРНК. Вестерн-блоттинг выявляет значительное снижение уровней экспрессии CN-Aα и CHOP по сравнению с контрольными клетками, инфицированными лентивирусом, несущим скремблированную шРНК. После этого лечения нейроны подвергаются различным инкубационным периодам экзогенного GM2, фиксированного и иммуноокрашенного антителом 9 к ассоциированному белку 2 (MAP2)против микротрубочек. Изображения получаются с помощью эпифлуоресцентного микроскопа. Общий рост нейрита оценивается по отношению к общему количеству клеток.