Luận án tiến sĩ: Intercellular adhesion and pathfinding molecule T-cadherin in the development of the nervous system
Luận án tiến sĩ khám phá vai trò T-cadherin trong kết dính tế bào, định hướng phát triển hệ thần kinh. Nghiên cứu sâu cơ chế sinh học thần kinh.
University of California, San Diego
Neurosciences
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
167
Thời gian đọc
26 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I. T cadherin Phân tử dẫn đường và kết dính trong phát triển thần kinh
Luận án tiến sĩ này khám phá vai trò của T-cadherin, một phân tử kết dính tế bào độc đáo, trong quá trình phát triển phức tạp của hệ thần kinh. T-cadherin, không giống như các cadherin cổ điển, thiếu miền xuyên màng và miền nội bào, điều này gợi ý các cơ chế chức năng khác biệt. Nghiên cứu tập trung vào việc làm sáng tỏ cách T-cadherin hoạt động như một tín hiệu dẫn đường và phân tử kết dính, tác động đến đường đi của sợi trục thần kinh và sự hình thành mạch thần kinh.
Phân tử kết dính tế bào đóng vai trò trung tâm trong sự dẫn đường của sợi trục. Chúng hướng dẫn các sợi trục đi đúng đường, đảm bảo kết nối chính xác giữa các tế bào thần kinh. Các phân tử này hoạt động như các tín hiệu hút hoặc đẩy, định hình kiến trúc của hệ thần kinh. Gia đình cadherin, bao gồm T-cadherin, là một nhóm quan trọng trong các phân tử kết dính này. Nghiên cứu sâu hơn về T-cadherin có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về các bệnh lý thần kinh và chiến lược tái tạo thần kinh. Việc hiểu rõ cơ chế phân tử của T-cadherin mang lại tiềm năng lớn trong việc phát triển các phương pháp điều trị mới.
Phát triển có định hình của các đường dẫn vận động đòi hỏi sự điều phối chính xác. Các tế bào thần kinh vận động phải tìm đường từ tủy sống đến các mục tiêu cơ bắp cụ thể trong chi. Quá trình này được điều chỉnh bởi một loạt các tín hiệu môi trường và phân tử bề mặt tế bào. Luận án sử dụng kỹ thuật điện di trong phôi (in ovo electroporation) để thao túng biểu hiện gen trong phôi gà, cho phép nghiên cứu chức năng của T-cadherin trong môi trường sống. Phương pháp này cung cấp một công cụ mạnh mẽ để kiểm tra vai trò của T-cadherin trong điều hòa sự di chuyển và kết nối của sợi trục. Sự hiểu biết về T-cadherin góp phần vào kiến thức về sự phức tạp của phát triển thần kinh.
1.1. Giới thiệu về phân tử kết dính tế bào
Các phân tử kết dính tế bào là cần thiết cho sự dẫn đường của sợi trục thần kinh. Chúng định hướng các sợi trục đang phát triển đến các vị trí mục tiêu chính xác. Sự tương tác giữa các phân tử này trên bề mặt tế bào và trong môi trường ngoại bào quyết định lộ trình của sợi trục. Gia đình cadherin là một loại phân tử kết dính tế bào nổi bật. Các thành viên của gia đình này thường tham gia vào các tương tác kết dính đồng loại. T-cadherin là một thành viên đặc biệt của gia đình cadherin. Nó thiếu miền xuyên màng và miền nội bào, phân biệt nó với các cadherin cổ điển. Sự thiếu vắng này gợi ý các cơ chế truyền tín hiệu và chức năng độc đáo. Nghiên cứu này khám phá các khía cạnh đặc biệt của T-cadherin. Nó làm nổi bật vai trò tiềm tàng của T-cadherin trong các quá trình phát triển thần kinh. Hiểu rõ hơn về T-cadherin có thể mở ra những hiểu biết mới về các bệnh lý liên quan đến sự phát triển thần kinh.
1.2. Phát triển có định hình của đường dẫn vận động
Sự phát triển của các đường dẫn thần kinh vận động theo một mẫu rất cụ thể. Các sợi trục của tế bào thần kinh vận động phải định vị và kết nối chính xác. Chúng di chuyển từ tủy sống đến các cơ bắp đích trong chi. Quá trình này đòi hỏi sự dẫn đường chính xác, tránh các vùng không phù hợp. Các tín hiệu môi trường và phân tử định hướng đóng vai trò quan trọng trong việc chỉ đạo các sợi trục. Kỹ thuật điện di trong phôi (in ovo electroporation) là một công cụ mạnh mẽ. Nó cho phép thao tác gen trực tiếp trong phôi gà. Kỹ thuật này được sử dụng để điều tra chức năng của T-cadherin. Việc thay đổi biểu hiện của T-cadherin trong các tế bào sclerotome cho phép nghiên cứu về ảnh hưởng của nó. Mục tiêu là hiểu cách T-cadherin điều chỉnh đường đi của sợi trục vận động. Phân tích này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế phân tử điều khiển phát triển thần kinh có định hình.
II. T cadherin định hướng sợi trục vận động tủy sống
Nghiên cứu sâu rộng đã chỉ ra rằng T-cadherin đóng vai trò thiết yếu trong việc định hướng sợi trục vận động. Phân tử này không chỉ là một tín hiệu kết dính đơn thuần. Nó còn hoạt động như một tín hiệu đẩy lùi mạnh mẽ đối với các sợi trục đang phát triển. Sự hiện diện của T-cadherin trong môi trường xung quanh có thể ngăn cản các sợi trục đi vào những vùng nhất định, đảm bảo sự phân đoạn chính xác của tủy sống và sự hình thành các đường dẫn thần kinh. Các thí nghiệm trong ống nghiệm (in vitro) đã xác nhận khả năng của T-cadherin trong việc gây ra sự sụp đổ của hình nón tăng trưởng sợi trục vận động. Điều này là minh chứng trực tiếp cho chức năng đẩy lùi của nó.
Khi T-cadherin được biểu hiện lạc chỗ trong các tế bào sclerotome của phôi gà, nó tạo ra một rào cản đẩy lùi mới. Các sợi trục vận động tránh đi vào vùng sclerotome phía trước nơi T-cadherin được biểu hiện thêm. Điều này chứng minh rằng vị trí biểu hiện của T-cadherin là rất quan trọng. Nó xác định các ranh giới mà sợi trục không thể vượt qua. Khả năng đẩy lùi này được trung gian bởi một tương tác đồng loại (homotypic interaction) với các phân tử T-cadherin trên bề mặt sợi trục. Cơ chế này đảm bảo tính đặc hiệu và hiệu quả của tín hiệu định hướng. Sự hiểu biết về tương tác này là rất quan trọng để giải thích các mẫu phát triển thần kinh.
Việc loại bỏ T-cadherin thông qua RNAi (RNA interference) trong các tế bào thần kinh vận động của phôi gà đã tạo ra những kết quả đáng chú ý. Các sợi trục đã phát triển bất thường. Chúng đi vào vùng sclerotome phía sau, một khu vực mà chúng thường tránh. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của T-cadherin trong việc duy trì các đường dẫn sợi trục chính xác. Tuy nhiên, sự biểu hiện T-cadherin bình thường dường như không bắt buộc cho sự dẫn đường tổng thể của các tế bào thần kinh vận động đến chi và các cơ lớn. Điều này cho thấy vai trò của T-cadherin có thể mang tính cục bộ hơn. Nó điều chỉnh các quyết định định hướng ở cấp độ phân đoạn. Nghiên cứu cung cấp bằng chứng mạnh mẽ về T-cadherin như một yếu tố quyết định quan trọng trong sự định hình của hệ thần kinh.
2.1. T cadherin là tín hiệu đẩy lùi sợi trục vận động
T-cadherin thể hiện một vai trò quan trọng như một tín hiệu đẩy lùi. Nó ảnh hưởng đến hành vi của sợi trục vận động đang phát triển. Các thí nghiệm trong ống nghiệm đã chỉ ra khả năng của T-cadherin. Nó gây ra sự sụp đổ của hình nón tăng trưởng của tế bào thần kinh vận động. Hình nón tăng trưởng là cấu trúc nhạy cảm. Nó dẫn đường cho sợi trục thông qua môi trường vi mô. Sự sụp đổ này là một phản ứng đặc trưng đối với tín hiệu đẩy lùi. Nó ngăn cản sợi trục tiến về phía trước. Phát hiện này xác nhận rằng T-cadherin có chức năng kìm hãm sự phát triển của sợi trục. Điều này là cần thiết để hình thành các đường dẫn thần kinh chính xác. Sự đẩy lùi này đảm bảo các sợi trục tránh các vùng không phù hợp. Nó góp phần vào sự phân đoạn chính xác của tủy sống và các cấu trúc thần kinh liên quan.
2.2. Biểu hiện T cadherin lạc chỗ định hình đường đi
Biểu hiện lạc chỗ của T-cadherin trong các tế bào sclerotome của phôi gà đã được nghiên cứu. Khi T-cadherin được biểu hiện ở vùng sclerotome phía trước, một ranh giới đẩy lùi mới được thiết lập. Các sợi trục vận động tránh vùng này. Chúng điều hướng xung quanh khu vực có biểu hiện T-cadherin lạc chỗ. Điều này cho thấy T-cadherin hoạt động như một tín hiệu định hướng cục bộ mạnh mẽ. Khả năng đẩy lùi này được trung gian bởi tương tác đồng loại. T-cadherin trên bề mặt tế bào sclerotome tương tác với T-cadherin trên bề mặt sợi trục. Tương tác này tạo ra một phản ứng đẩy lùi. Nó ngăn cản sợi trục đi vào vùng có biểu hiện T-cadherin cao. Cơ chế này là thiết yếu để định hình các đường dẫn thần kinh. Nó đảm bảo các kết nối chính xác và tránh các vị trí sai lệch.
2.3. Hậu quả của việc loại bỏ T cadherin
Việc giảm biểu hiện T-cadherin trong các tế bào thần kinh vận động đã được thực hiện bằng RNAi. Kết quả chỉ ra các sợi trục bất thường. Chúng đi vào vùng sclerotome phía sau, một khu vực mà chúng thường tránh. Điều này làm nổi bật vai trò của T-cadherin trong việc thiết lập các ranh giới định hướng. Việc thiếu T-cadherin dẫn đến sai lệch đường đi của sợi trục. Tuy nhiên, các quan sát cũng cho thấy một điều khác. Mô hình biểu hiện T-cadherin bình thường không bắt buộc cho sự dẫn đường tổng thể của các tế bào thần kinh vận động. Sự dẫn đường đến chi và các mục tiêu cơ lớn vẫn diễn ra. Điều này gợi ý rằng T-cadherin có vai trò chuyên biệt hơn. Nó ảnh hưởng đến các quyết định định hướng vi mô. Tác động của nó có thể tập trung vào sự phân đoạn chính xác và chi tiết của các đường dẫn thần kinh.
III. Cấu trúc chức năng miền kết dính T cadherin quan trọng
Phần này của luận án đi sâu vào cấu trúc và chức năng của miền kết dính T-cadherin. Các nghiên cứu đã tập trung vào cách các đột biến tại giao diện dimer ảnh hưởng đến chức năng của phân tử. T-cadherin, với cấu trúc độc đáo của nó, có thể hình thành các dimer, và các tương tác này là chìa khóa cho vai trò của nó trong kết dính và truyền tín hiệu. Các đột biến được thiết kế cẩn thận đã giúp làm sáng tỏ những chi tiết này. Điều này bao gồm việc đánh giá sự biểu hiện của các protein đột biến trên bề mặt tế bào. Sự biểu hiện bình thường trên bề mặt tế bào là một điều kiện tiên quyết để đánh giá chức năng kết dính.
Các thí nghiệm đã kiểm tra xem các đột biến giao diện dimer có ảnh hưởng đến khả năng kết dính đồng loại giữa các tế bào hay không. Kết quả cho thấy một mối liên hệ trực tiếp giữa cấu trúc dimer và chức năng kết dính. Việc làm gián đoạn tương tác dimer có thể làm suy yếu hoặc loại bỏ hoàn toàn khả năng kết dính của T-cadherin. Điều này khẳng định tầm quan trọng của cấu trúc tứ cấp này đối với hoạt động sinh học của phân tử. Hiểu rõ cơ chế này là cần thiết để hiểu cách T-cadherin kiểm soát sự hình thành và duy trì các cấu trúc tế bào trong hệ thần kinh.
Ngoài ra, luận án còn xem xét vai trò của quá trình xử lý protein phân giải (proteolytic processing) của T-cadherin. Dạng tiền chất của T-cadherin (pro-T-cadherin) được biểu hiện trên bề mặt tế bào. Nó nhạy cảm với sự phân cắt bởi các enzyme convertase. Quá trình phân cắt này có thể là một cơ chế quan trọng. Nó điều chỉnh khả năng kết dính và các tương tác phân tử của T-cadherin. Việc thay đổi khả năng kết dính và tương tác thông qua quá trình phân cắt có thể cung cấp một cơ chế điều hòa động. Cơ chế này cho phép các tế bào điều chỉnh phản ứng của chúng đối với tín hiệu T-cadherin. Sự hiểu biết về các khía cạnh cấu trúc và xử lý này là nền tảng để giải thích vai trò của T-cadherin trong phát triển thần kinh. Nó cũng giúp nhận diện tiềm năng can thiệp vào các rối loạn thần kinh.
3.1. Các đột biến giao diện dimer T cadherin
Nghiên cứu đã tập trung vào các đột biến tại giao diện dimer của T-cadherin. Các đột biến này được tạo ra để làm thay đổi khả năng hình thành dimer của phân tử. Việc hình thành dimer là cần thiết cho chức năng của nhiều phân tử kết dính. Các protein T-cadherin đột biến đã được kiểm tra. Chúng biểu hiện bình thường trên bề mặt tế bào. Điều này xác nhận rằng các đột biến không ảnh hưởng đến sự vận chuyển và tích hợp protein. Sự biểu hiện chính xác trên bề mặt tế bào là yếu tố quan trọng. Nó cho phép đánh giá chức năng của các miền kết dính đã bị thay đổi. Phân tích này cung cấp cái nhìn sâu sắc về các vùng cấu trúc quan trọng. Những vùng này chịu trách nhiệm cho tương tác dimer của T-cadherin. Hiểu rõ hơn về các đột biến này có thể làm sáng tỏ cơ chế hoạt động của T-cadherin.
3.2. Ảnh hưởng đến độ kết dính tế bào đồng thể
Các đột biến giao diện dimer T-cadherin đã được thử nghiệm. Mục tiêu là xác định ảnh hưởng của chúng đến khả năng kết dính đồng loại. Kết quả cho thấy các đột biến này làm suy yếu đáng kể khả năng kết dính tế bào. Chúng không còn thúc đẩy sự kết dính đồng loại giữa các tế bào. Điều này xác nhận vai trò thiết yếu của tương tác dimer. Tương tác dimer là nền tảng cho chức năng kết dính của T-cadherin. Sự gián đoạn tương tác này trực tiếp ảnh hưởng đến khả năng tế bào liên kết với nhau. Phát hiện này củng cố tầm quan trọng của cấu trúc bậc bốn. Cấu trúc này điều hòa các tương tác giữa các phân tử T-cadherin. Nó là cần thiết cho vai trò của T-cadherin trong sự hình thành mô và ổn định cấu trúc trong hệ thần kinh.
3.3. Vai trò của quá trình xử lý protein T cadherin
Dạng tiền chất của T-cadherin (pro-T-cadherin) được biểu hiện trên bề mặt tế bào. Nó có thể bị phân cắt bởi các enzyme phân giải protein (convertase). Quá trình phân cắt protein này rất quan trọng. Nó có thể điều chỉnh khả năng kết dính của T-cadherin. Nó cũng ảnh hưởng đến các tương tác phân tử của T-cadherin. Sự phân cắt này có thể là một cơ chế điều hòa động. Nó cho phép các tế bào kiểm soát hoạt động của T-cadherin. Ví dụ, sự thay đổi độ kết dính có thể ảnh hưởng đến sự di chuyển tế bào hoặc sự ổn định tiếp hợp. Hiểu rõ vai trò của quá trình xử lý này là chìa khóa. Nó giúp làm sáng tỏ cách T-cadherin điều hòa các chức năng tế bào. Điều này cũng có ý nghĩa trong việc khám phá các mục tiêu điều trị.
IV. Tương tác T cadherin với các cadherin họ khác trong phát triển
T-cadherin không hoạt động một mình trong hệ thần kinh. Nó tương tác với các thành viên khác trong gia đình cadherin, tạo ra một mạng lưới điều hòa phức tạp. Nghiên cứu này khám phá cách T-cadherin ảnh hưởng đến chức năng và hành vi của các cadherin khác. Sự tương tác này có thể điều biến các quá trình như hình thái tế bào, độ kết dính và sự phân đoạn tế bào. Các tế bào CHO (Chinese Hamster Ovary) thường được sử dụng làm mô hình. Chúng cho phép phân tích có kiểm soát các tương tác này.
Các thí nghiệm đã xem xét vai trò của T-cadherin trong việc điều biến hình thái tế bào CHO. Sự biểu hiện T-cadherin có thể thay đổi cách các tế bào này sắp xếp và kết dính. Điều này gợi ý rằng T-cadherin có thể ảnh hưởng đến sự tổ chức mô. Nó cũng có thể tác động đến sự hình thành cấu trúc phức tạp trong quá trình phát triển thần kinh. Những thay đổi về hình thái tế bào là cần thiết cho các quá trình như di chuyển tế bào và biệt hóa.
Ngoài ra, T-cadherin còn có thể ảnh hưởng đến độ kết dính tổng thể của tế bào. Nó tác động đến quá trình tập hợp và phân đoạn tế bào. Khi các tế bào được trộn lẫn với nhau, T-cadherin có thể điều hòa khả năng chúng hình thành các khối đồng nhất hoặc tách biệt thành các lớp khác nhau. Quá trình này rất quan trọng trong việc hình thành các lớp tế bào và cấu trúc mô khác nhau trong phôi. Ví dụ, sự phân chia các lớp tế bào thần kinh đòi hỏi các cơ chế kết dính chính xác. Tương tác của T-cadherin với các cadherin khác có thể đóng góp vào sự điều hòa này. Nghiên cứu cũng đi sâu vào tương tác cụ thể giữa T-cadherin và N-cadherin. N-cadherin là một cadherin cổ điển quan trọng trong phát triển thần kinh. Các kết quả chỉ ra rằng T-cadherin có thể đóng một vai trò trong sự phân cắt của N-cadherin. Đây là một phát hiện quan trọng. Sự phân cắt N-cadherin có thể thay đổi chức năng của nó. Nó có thể ảnh hưởng đến sự ổn định kết dính và truyền tín hiệu. Hiểu rõ các tương tác này là chìa khóa để làm sáng tỏ sự phức tạp của mạng lưới điều hòa cadherin. Nó cũng có ý nghĩa đối với sự phát triển và bệnh lý của hệ thần kinh.
4.1. T cadherin điều biến hình thái tế bào CHO
Nghiên cứu đã khảo sát vai trò của T-cadherin trong việc điều biến hình thái tế bào. Các tế bào CHO đã được sử dụng làm hệ thống mô hình. Sự biểu hiện của T-cadherin trong các tế bào này ảnh hưởng đến hình dạng và sự sắp xếp của chúng. Điều này chỉ ra rằng T-cadherin không chỉ là một phân tử kết dính thụ động. Nó còn chủ động tham gia vào việc định hình cấu trúc tế bào. Những thay đổi về hình thái tế bào là rất quan trọng. Chúng cần thiết cho sự di chuyển, biệt hóa và tổ chức mô. Sự tương tác phức tạp giữa T-cadherin và các cadherin khác có thể điều hòa các quá trình này. Việc hiểu rõ cơ chế này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách các phân tử kết dính tế bào phối hợp hoạt động. Chúng tạo ra các cấu trúc phức tạp trong quá trình phát triển.
4.2. Ảnh hưởng đến độ kết dính và phân đoạn
T-cadherin cũng có vai trò trong việc điều chỉnh độ kết dính tế bào tổng thể. Nó ảnh hưởng đến quá trình tập hợp và phân đoạn tế bào. Trong các thí nghiệm, sự hiện diện của T-cadherin có thể thay đổi cách các tế bào tập hợp lại. Nó cũng ảnh hưởng đến cách chúng tách ra thành các nhóm khác nhau. Quá trình phân đoạn tế bào là thiết yếu. Nó hình thành các lớp mô và cấu trúc riêng biệt trong phôi. Sự điều hòa này rất quan trọng cho sự hình thành các mạch thần kinh. Nó cũng cần thiết cho việc phân chia các loại tế bào khác nhau. Tương tác của T-cadherin với các cadherin khác có thể đóng vai trò then chốt trong việc thiết lập các ranh giới này. Nó đảm bảo sự tổ chức chính xác của các mô thần kinh.
4.3. T cadherin và sự phân cắt N cadherin
Nghiên cứu đã khám phá tương tác giữa T-cadherin và N-cadherin. N-cadherin là một cadherin cổ điển có vai trò quan trọng trong phát triển thần kinh. Các kết quả chỉ ra rằng T-cadherin có thể ảnh hưởng đến sự phân cắt của N-cadherin. Sự phân cắt phân giải protein là một cơ chế quan trọng. Nó điều chỉnh hoạt động và chức năng của protein. Nếu T-cadherin ảnh hưởng đến sự phân cắt N-cadherin, điều này có ý nghĩa lớn. Nó có thể làm thay đổi độ bám dính của tế bào. Nó cũng có thể ảnh hưởng đến truyền tín hiệu qua N-cadherin. Sự điều biến này có thể là một cách mà T-cadherin phối hợp với các cadherin khác. Nó cùng nhau kiểm soát các quá trình phát triển thần kinh phức tạp.
V. Hàm ý nghiên cứu T cadherin cho tái tạo thần kinh
Nghiên cứu về T-cadherin trong phát triển hệ thần kinh mang lại những hàm ý sâu sắc. Nó không chỉ mở rộng sự hiểu biết về cơ chế cơ bản. Nó còn cung cấp cái nhìn tiềm năng cho các ứng dụng trong tái tạo thần kinh và sửa chữa tổn thương thần kinh. T-cadherin thể hiện một vai trò kép độc đáo. Nó vừa là tín hiệu 'kết dính' vừa là tín hiệu 'đẩy lùi'. Khả năng này rất quan trọng. Nó cho phép điều chỉnh chính xác đường đi của sợi trục. Sự hiểu biết về cách T-cadherin thực hiện chức năng kép này có thể mở ra những chiến lược mới cho kỹ thuật mô thần kinh. Nó cũng có thể giúp phát triển phương pháp điều trị các bệnh lý thần kinh.
Các tương tác của T-cadherin với các thành viên khác trong gia đình cadherin là một khía cạnh quan trọng khác. Mạng lưới tương tác này góp phần vào sự phức tạp của quá trình phát triển thần kinh. Việc điều hòa lẫn nhau giữa T-cadherin và các cadherin khác có thể quyết định các phản ứng tế bào cụ thể. Những phản ứng này ảnh hưởng đến sự di chuyển tế bào, độ bám dính và tổ chức mô. Hiểu rõ các tương tác này là cần thiết để thao túng thành công các con đường thần kinh. Nó có thể giúp khắc phục những hạn chế trong tái tạo thần kinh.
Sự khác biệt về loài trong mô hình biểu hiện T-cadherin cũng được ghi nhận. Những khác biệt này có thể có ý nghĩa quan trọng. Chúng ảnh hưởng đến việc áp dụng các phát hiện từ mô hình động vật sang con người. Cần có thêm nghiên cứu để xác định mức độ bảo tồn của chức năng T-cadherin giữa các loài. Thông tin này sẽ rất quan trọng. Nó giúp phát triển các liệu pháp dựa trên T-cadherin. Tóm lại, nghiên cứu này nhấn mạnh T-cadherin như một phân tử đa chức năng. Nó có tiềm năng lớn trong việc thúc đẩy các chiến lược tái tạo thần kinh. Nó cũng giúp sửa chữa các tổn thương thần kinh. Các cơ chế liên quan đến T-cadherin có thể được khai thác. Mục tiêu là để hướng dẫn sự phát triển của sợi trục. Nó có thể giúp hình thành các kết nối thần kinh chức năng. Điều này mang lại hy vọng mới cho những người mắc các bệnh lý thần kinh.
5.1. T cadherin Tín hiệu dẫn đường kép
T-cadherin thể hiện một chức năng kép đặc biệt. Nó hoạt động đồng thời như một tín hiệu 'kết dính' và 'đẩy lùi'. Khả năng này là rất quan trọng cho việc định hướng sợi trục chính xác. Sợi trục cần các tín hiệu phức tạp để tìm đường đi đúng. T-cadherin có thể tạo ra các vùng mà sợi trục vừa bám vào vừa bị đẩy lùi. Điều này cho phép điều hòa tinh tế sự phát triển của sợi trục. Hiểu rõ cơ chế của tín hiệu dẫn đường kép này có tiềm năng lớn. Nó có thể được ứng dụng trong kỹ thuật mô thần kinh. Nó cũng có thể giúp phát triển các liệu pháp cho bệnh lý thần kinh. Việc khai thác chức năng kép này có thể giúp tái tạo các đường dẫn thần kinh bị tổn thương. Nó mang lại một cách tiếp cận mới để phục hồi chức năng thần kinh.
5.2. Tương tác với thành viên họ cadherin khác
T-cadherin không hoạt động đơn lẻ. Nó tương tác phức tạp với các thành viên khác trong gia đình cadherin. Những tương tác này là cần thiết cho quá trình phát triển thần kinh chính xác. Chúng có thể ảnh hưởng đến di chuyển tế bào, độ bám dính và tổ chức mô. Sự điều hòa lẫn nhau giữa T-cadherin và các cadherin khác tạo ra một mạng lưới điều khiển. Mạng lưới này ảnh hưởng đến quyết định của tế bào. Hiểu rõ các tương tác này là cần thiết cho các chiến lược tái tạo thần kinh. Nó giúp điều chỉnh chính xác môi trường thần kinh. Việc thao túng các tương tác này có thể giúp tạo điều kiện cho sự phát triển của sợi trục. Nó cũng có thể giúp hình thành các kết nối chức năng sau tổn thương.
5.3. Tiềm năng ứng dụng trong sửa chữa thần kinh
Nghiên cứu về T-cadherin có tiềm năng lớn cho tái tạo và sửa chữa thần kinh. Khả năng định hướng sợi trục và điều hòa sự kết dính của nó rất có giá trị. Nó có thể được khai thác để thiết kế các chiến lược điều trị mới. Chẳng hạn, việc điều biến hoạt động của T-cadherin có thể thúc đẩy sự phát triển của sợi trục. Nó có thể hướng dẫn sợi trục đi qua vùng bị tổn thương. Sự khác biệt về loài trong mô hình biểu hiện T-cadherin cần được xem xét. Những khác biệt này có thể ảnh hưởng đến việc chuyển giao các phát hiện sang lâm sàng. Nghiên cứu sâu hơn là cần thiết. Nó sẽ xác nhận hiệu quả và an toàn của các liệu pháp dựa trên T-cadherin. Điều này hứa hẹn mang lại những tiến bộ đáng kể trong điều trị chấn thương tủy sống và các bệnh lý thoái hóa thần kinh.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (167 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộUNIVERSITY OF CALIFONIA, SAN DIEGO Intercellular Adhesion and Pathfinding Molecule T-cadherin in the Development of the Nervous System A dissertation submitted in partial satisfaction of the requirements for the degree Doctor of Philosophy in Neurosciences by Harper C VanSteenhouse Committee in Charge: Professor Barbara Ranscht, Chair Professor Nicholas Spitzer, Co-Chair Professor Samuel Pfaff Professor Eric Turner Professor Anthony Wynshaw-Boris 2007 UMI Number: 3244741 INFORMATION TO USERS The quality of this reproduction is dependent upon the quality of the copy submitted. Broken or indistinct print, colored or poor quality illustrations and photographs, print bleed-through, substandard margins, and improper alignment can adversely affect reproduction. In the unlikely event that the author did not send a complete manuscript and there are missing pages, these will be noted. Also, if unauthorized copyright material had to be removed, a note will indicate the deletion.
® UMI UMI Microform 3244741 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P.
Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 Copyright Harper C VanSteenhouse, 2007 All rights reserved. The dissertation of Harper C VanSteenhouse is approved, and it is acceptable in quality and form for publication on microfilm: Co-Chair Chair University of California, San Diego 2007 iii Try to learn something about everything and everything about something. Thomas Henry Huxley LV Table of Contents M2000 11. nh n TT TT ng ng KT KT TT TK KH KT KT kg rà XI 190192510 122727757 Ô ÔỔốố.-lAal ăn XI Awards and HOTOTS.
ch tà XII Abstract of the Dissertation 0 1. XIV lÔÌ)0i500880ii900/6i10 2 1018. 1 Adhesion molecules as guIdance CU€S. HH ng key 3 Cadherin family of cell adhesion molecuÌeS.
5 Patterned development of motor pathWAWS. cv Hs HH HH key 8 In OVO electroporation. chu 17 Chapter 2: Role of T-cadherin in development of segmentation of spinal motor TET VES. TT nọ HH kh 22 T-cadherin is a repulsive cue f†o mofOr aXONS 1n VIẨTO.
cày 26 Transgenic T-cadherin expression by chicken embryo sclerotome cells in Ectopic T-cadherin in anterior sclerotome establishes an ectopic repulsive rˆ005ã¡080101910/1901100 TT. 35 T-cadherin repulsion is mediated by a homotypic interaction with axonal I0.aaIIẠẶnn 39 RNAi induced knockdown of T-cadherin in chicken embryo motor neurons in ovo results in aberrant axons entering the posterior SJI9š01001 52111777. 43 Normal T-cadherin expression pattern is not required for normal gross pathfinding of motor neurons into the limb and to major muscle ¡010. 54 Materials and MethOdS.
HH HH TH HH kh kh kp 60 Chapter 3: Structure and function of T-cadherin adhesive domain. TT nọ HH kg 67 T-cadherin dimer interface mutants are expressed normally on the cell SULPACE II. 69 T-cadherin dimer interface mutants do not confer intercellular homophilic adh€SIOT. HT TH TH Hàn HH kề 72 Pro-T-cadherin expressed on the cell surface is susceptible to convertase DTOf€OlYyfIC CÏ€AVØ€.
HH HT TT TT TT ng 11 11g 1 kg kg 1 1 cv. 79 vị Role of alternative proteolytic processing of T-cadherin for adhesivity and intermolecular In†€FACfOTI. sees ccccaneeccecauscescuseeceseueescesauescsanens 83 Chapter 4: Functional interaction of T-cadherin with other cadherin family IMCMDETS. Gv ng KT KHE kn 93 Role of T-cadherin expression in combinatorial modulation of other cadherins: CHO cell morpholOBV.cc c1 cv xxx xe 96 Role of T-cadherin expression in combinatorial modulation of other Cadherins: adhesivity.ccccccccsccccesssseececsssseeeeeeeesteeeeeeesssseesessseeeeeeeeaes 101 Role of T-cadherin expression in combinatorial modulation of other cadherins: Agøregation and SeøT€ØatIOI.
cá che 106 Role of T-cadherin in the cleavage of N-cadherin. c2 112 Materials and MethOdlS. HT nh nh kg 117 DISCUSSIOTN. Q0 HH ng TT ng TH Ki TH HH HH 119 Chapter 5: Concluding ReIaTS.- 1111133111111 112 111 1E kg như 122 Ra.
122 T-cadherin as a pathfinding cue: simultaneous “adhesion” and “repulsion”. 127 T-cadherin interaction with other cadherin family members.- 130 Species differences in T-cadherin expression paffern.cccccc + 138 Implications for regeneration and neuraÌ r€DAIT. 141 vil List of Figures Figure 1-1: Domain structure of T-cadherin and comparison with other classical 680195111727 da. 7 Figure 1-2: Motor axon pathways from neural tube to muscle targets in limb and 04205722757 a4.
12 Figure 1-3: In ovo electroporation Into embryonic chieken selerotome. 15 Figure 1-4: Expression vector and RNAI used for In ovo electroporation. 16 Figure 2-1: T-cadherin Induces motor neuron ørowth cone collapse. 30 Figure 2-2: In ovo electroporation and ectopic co-expression of T-cadherin and S60580189I540i0 222.
34 Figure 2-3: Motor axons avoid anterior sclerotome cells ectopically expressing T- CACHETIN. ốắ 38 Figure 2-4: T-cadherin 1s a homotypIe repulsIV€ CUe€ 1n VIẨTO. cà, 42 Figure 2-5: T-cadherin is a homotypic repulsive cue fo mofor axonS In OVO. 47 Figure 2-6: T-cadherin expression perturbation doesn’t cause any gross motor axon pathfinding errors during growth through the limb.«‹<+<++>: 53 Figure 3-1: Surface expression of T-cadherin dimer interface mufanfs.- 71 Figure 3-2: T-cadherin mediated homophilic intercellular adhesion is abrogated when critical dimer interfaces residues are mufafed.
che 75 Figure 3-3: T-cadherin dimerization is required for homotypic neurite outgrowth mi i0. 78 viii Figure 3-4: Western blot of T-cadherin.- 1111122 kg kg nhu 81 Figure 3-5: T-cadherin processing by the proprotein convertase Furin. 82 Figure 3-6: L929 cells transfected with wildtype T-cadherin or TcadXmut 34003-11010/20/0VdiiầidiđiiiiiiiiaiẢŸẢ. 85 Figure 4-1: T-cadherin expression makes CHO cells rounder, and is dominant to elongation due to N-cadher1n.
cc c2 c2 vn S1 9 1111118211111 1111k ng 1x sec 99 Figure 4-2: Summary results of cell-substrate adhesion assays between various combinations of T- and N-cader1n. - - - c1 vs ng vi ret 105 Figure 4-3: T-cadherin expressing cells sepregate from both Type-I and Type-lI cadherin expressing celÏS II VIẨFO. c1 vn v2 v9 111118821111 ng ren 111 Figure 4-4: N-cadherin 1s present as a shorter form when co-expressed with T- 68In9yii0ii0905i900211 1e. 115 Figure 4-5: Western blot of N-cadherin immunoprec1pIfaf€S.
cày 116 Figure 5-1: Summary of electroporation experiments reSuÌfs.-+- 124 Figure 5-2: Schematic of continuum of kinetics between adhesive and signaling INTELACTIONS 2. 128 Figure 5-3: Model of T-cadherin interaction with other cadherins on a growth i10 ái.- 135 Figure 5-4: Possible pathway for T-cadherin to control N-cadherin induced T€UTIf€ OU{ĐTOWWẨH,. HS TT ng TH ng ng Hit 137 Ix Acknowledgements I have been blessed with many valued mentors and role models in both my personal and scientific lives. I wish to first thank my family for their unwavering support and guidance through all of my endeavors.
I know they were proud of all of my achievements, but I wish my grandparents could see this manuscript. Special appreciation goes to my fiancé, Tracey, for her daily support and enthusiasm for everything we pursue. I am deeply indebted to my major advisor, Dr. Barbara Ranscht, for her direction and encouragement in my development as an independent scientist and provision of an environment of intellectual curiosity and integrity.
The members of my committee also provided instrumental guidance during the planning and execution of many of the experiments described. The members of the Ranscht Lab have all contributed immensely to my learning and to my life—thank you all. I am thankful to Catherine Krull and Yaxiong Chen for assistance with electroporation technique, Samuel Pfaff and Nicolas Girard for help with backlabeling technique, electroporation vectors and antibodies as well as many helpful discussions, and to Elena Pasquale for ephrinB-1 antibody. 1 will always appreciate Dr.
Birgit Zipser and Dr. Laura Symonds for providing my first introductions to the satisfying and entertaining aspects of scientific research and preparing me for a life in science. Chapter 2 in part is being prepared for publication as T-cadherin is a homotypic repulsive axon pathfinding cue that directs segmented motor neuron outgrowth by VanSteenhouse H and Ranscht B. The dissertation author is the primary investigator on this paper.
Chapter 3 in part is being prepared for publication as Untitled by Ciato C, VanSteenhouse H, Ranscht B and Shapiro L. The dissertation author is the primary investigator on this portion of the collaborative paper. xi Vita 2007 Doctor of Philosophy, University of California, San Diego 2002-2007 Graduate Student Researcher, University of California, San Diego 2006 Teaching Assistant, HDP110, Brain and Behavioral Development, University of California, San Diego 2001-2002 Graduate Research Assistant, Laboratory of Birgit Zipser, Ph., Departments of Physiology and Neuroscience at Michigan State University 2001 Bachelor of Science, Michigan State University, East Lansing, MI Publications VanSteenhouse HC, Ranscht B. T-cadherin is a homotypic repulsive axon pathfinding cue that directs segmented motor neuron outgrowth.
Ciatto C, VanSteenhouse HC, Ranscht B, Shapiro L. VanSteenhouse HC, Ranscht B. Cadherins as Regulators of Specific Motor Neuron Connectivity. Abstract Viewer and Itinerary Planner.
Washington, DC: Society for Neuroscience, 2004. xil VanSteenhouse HC, Horton ZA, Goodman MB, O’Hagan R, Tai M-H, Zipser B. Cell type-specific glycosylations in C. Submitted, Revision in progress.
VanSteenhouse HC, Horton ZA, Goodman MB, O’ Hagan R, Tai M-H, Zipser B. Cell type-specific glycosylations in C. Society for Neuroscience 32nd Annual Meeting. Baker M, VanSteenhouse HC, Tai M-H, Huang L, Johansen J, Johansen KM, Xu Y, Hollingsworth RI, Zipser B.
Constitutive and Developmentally Regulated Glycosylations of CAMs Mediate Sequential Steps in Synaptic Targeting. 4th International Symposium on Organogenesis: Molecular Control of Neuronal Organogenesis. Ann Arbor, MI. VanSteenhouse HC, et al.
Symposium on Transcriptional Regulatory Mechanisms. East Lansing, MI. Awards and Honors 2003-2006 UCSD Genetics Training Program grant 2003-2004 Merck & Co. fellowship 2002 NSF Graduate Research Fellowship honorable mention XII ABSTRACT OF THE DISSERTATION Intercellular Adhesion and Pathfinding Molecule T-cadherin in the Development of the Nervous System by Harper C VanSteenhouse Doctor of Philosophy in Neurosciences University of California, San Diego, 2007 Professor Barbara Ranscht, Chair Professor Nicholas Spitzer, Co-chair XIV Adult animals exhibit an amazing array of behaviors controlled by an exquisitely complex nervous system.
Axon pathfinding is an essential component to the development of a fully functioning nervous system. Axon pathfinding cues are molecules in the tissue surrounding growing axons that instruct directionality of axonal outgrowth leading to their proper trajectory from cell body to target. Cell adhesion molecules are one class of proteins that function as contact attractant or repellent pathfinding cues. This dissertation examines the contribution to axon pathfinding of T-cadherin, a member of the cadherin family of adhesion molecules.
Both in vitro and in vivo, T-cadherin is found to be a contact repellant pathfinding cue. Not only is T-cadherin a cue in the environment, it signals to T- cadherin on growth cones in a homotypic manner. Soluble T-cadherin collapses growth cones of motor neuron explants. T-cadherin substrates inhibit neurite outgrowth of wildtype—but not knock-out—spinal neurons.
T-cadherin expressed on motor neurons and in posterior sclerotome of chicken embryos directs the outgrowth of motor neurons exclusively through the anterior sclerotome. T-cadherin’s properties of homophilic adhesion and inhibition of neurite outgrowth require dimerization, and both functions can be blocked by a single point mutation disrupting this dimer formation as predicted by structural studies. The presence of the pro-domain of T- cadherin also appears to disrupt normal T-cadherin function. T-cadherin acts in a dominant negative manner over N-cadherin function in several in vitro assays.
T-cadherin co-expression negates N-cadherin induced cellular morphology, causes abnormal cell aggregation and segregation, and abrogates strong XV N-cadherin homophilic adhesion. T-cadherin may have dominance by inducing the cleavage of N-cadherin. When T- and N-cadherin are coexpressed in the same cell, a portion of the N-cadherin is detected as a smaller species than when expressed alone. Thus, T-cadherin is shown to be a homotypic repulsive axon pathfinding cue, which may be functioning though an interaction with other cadherins.
This interaction may explain T-cadherin’s signaling abilities—in spite of being GPI-anchored—by modulating the signal transduction abilities that normally induce neurite outgrowth as a function of the other cadherin’s interactions. Xvi Chapter 1: Introduction Axon Pathfinding The adult nervous system displays a high order of structural specificity that is generated during development. The specific positioning of neurons, and the specific connections they make to their target cells is essential for a properly functioning nervous system.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Luận án tiến sĩ: Intercellular adhesion and pathfinding molecule T-cadherin in the development of the nervous system" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án tiến sĩ khám phá vai trò T-cadherin trong kết dính tế bào, định hướng phát triển hệ thần kinh. Nghiên cứu sâu cơ chế sinh học thần kinh.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Intercellular adhesion and pathfinding molecule T-cadherin in the development of the nervous system" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại University of California, San Diego. Năm bảo vệ: 2007.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Intercellular adhesion and pathfinding molecule T-cadherin in the development of the nervous system" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Luận án tiến sĩ: Intercellular adhesion and pathfinding molecule T-cadherin in the development of the nervous system" thuộc chuyên ngành Neurosciences. Danh mục: Khoa Học Giáo Dục.
Luận án "Luận án tiến sĩ: Intercellular adhesion and pathfinding molecule T-cadherin in the development of the nervous system" có bao nhiêu trang?
Luận án "Luận án tiến sĩ: Intercellular adhesion and pathfinding molecule T-cadherin in the development of the nervous system" có 167 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Luận án tiến sĩ: Intercellular adhesion and pathfinding molecule T-cadherin in the development of the nervous system" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.