Μοριακός χαρακτηρισμός του γονιδίου rig-6: ο ρόλος του στην ανάπτυξη του Caenorhabditis elegans

Abstract

Immunoglobulin superfamily Cell Adhesion Molecules (IgCAMs) are key regulators of nervous system development. The contactin subgroup of IgCAMs consists of GPIanchoredglycoproteins implicated in axon outgrowth, guidance, fasciculation and neuronal differentiation. The intracellular mechanism by which contactins facilitate neuronal development is not understood. To gain insight into the function of contactins, we characterized RIG-6, the sole contactin of C. elegans. Here, we show that RIG-6 affects longitudinal axon outgrowth of mechanosensory neurons in a cell autonomous manner. Furthermore RIG-6 is implicated in axon guidance along the circumferential axis. We find that RIG-6 facilitates accurate nervous system patterning by prohibiting commissural dendrite convergence and branching, as well as axon cross-over at the ventral nerve cord.RIG-6 expression levels are critical for nervous system architecture. Upregulation of this contactin causes several behavioral deficits such as abnormal locomotion, egg laying and defecation. In addition to its neuronal function, RIG-6 is also involved in nonneuronal cell migration and morphogenesis, affecting Distal Tip Cell migration and excretory canal extension. Our data suggest that RIG-6 and the cytoplasmic protein UNC-53 synergize to directaxon guidance and branching along both the anterior-posterior and dorso-ventral direction. This implies that UNC-53/NAV2 proteins may contribute to relay signaling via contactins.

Η Υπεροικογένεια των Ανοσοσφαιρινών είναι μια πολύ μεγάλη που συντηρούνται εξελικτικά από το νηματώδη ως τον άνθρωπο. Τα μόρια κυτταρικής συνάφειας της υπεροικογένειας αυτής, διαδραματίζουν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη του νευρικού συστήματος, καθορίζοντας την αύξηση και καθοδήγηση αξόνων, τη μετανάστευση νευρώνων και τη διαφοροποίησή τους. Η υποοικογένεια contactin συνίσταται από πρωτεΐνες που προσδένονται στη μεμβράνη μέσω του λιπιδίου γλυκοζυλ-φωσφατιδυλ-ινοσιτόλη (GPI). Αλληλεπιδρούν με όμοια ή διαφορετικά μόρια που εντοπίζονται στην κυτταρική μεμβράνη και εμπλέκονται σε όλες τις προαναφερθείσες διαδικασίες. Ωστόσο, οι ενδοκυτταρικοί μηχανισμοί δράσης τους δεν είναι κατανοητοί. Με στόχο τη διερεύνηση των μηχανισμών αυτών μελετήσαμε τη μοναδική contactinRIG-6 στο νηματώδη Caenorhabditis elegans. Στην παρούσα διατριβή δείχνουμε ότι τοRIG-6 εμπλέκεται, με κυτταρικά αυτόνομο τρόπο, στην αύξηση των αξόνων των μηχανοαισθητηρίων νευρώνων που συμβαίνει κατά την πρόσθια-οπίσθια κατεύθυνση. Παράλληλα, το RIG-6 επηρεάζει την καθοδήγηση των συνδεσμικών αξόνων των κινητικών νευρώνων της κοιλιακής νευρικής χορδής. Τα επίπεδα έκφρασης του RIG-6είναι ιδιαίτερα κρίσιμα για τη σωστή ανάπτυξη του νευρικού συστήματος. Η υπερέκφραση αυτής της contactin προκαλεί τη συνένωση και δημιουργία βρόγχων των συνδεσμικών αξόνων. Οι διαταραχές που προκαλούνται από την αύξηση των επιπέδων του μορίου επηρεάζουν συγκεκριμένες συμπεριφορές του νηματώδους όπως η κίνηση, η εναπόθεση αυγών και η απέκκριση. Επιπρόσθετα, το RIG-6 σχετίζεται με τη μετανάστευση μη νευρικών κυττάρων και την κυτταρική μορφογένεση. Διαταραχές στα επίπεδα έκφρασής του, επηρεάζουν την καθοδήγηση των Distal Tip Cells της γονάδας τα οποία μεταναστεύουν κατά τον πρόσθιο-οπίσθιο και νώτο-κοιλιακό άξονα. Επιπλέον το RIG-6 εμπλέκεται στη μορφογένεση του απεκκριτικού κυττάρου αναστέλλοντας την επιμήκυνση των απεκκριτικών καναλιών που διατρέχουν φυσιολογικά ολόκληρο το σώμα του νηματώδους. Η αλλαγή στα επίπεδα έκφρασης του RIG-6 και η καταστολή της κυτταροπλασματικής πρωτεΐνης UNC-53 προκαλούν παρόμοιες συνέπειες όπως μη φυσιολογική επιμήκυνση των μηχανοαισθητηρίων νευρώνων και του απεκκριτικού καναλιού, εσφαλμένη καθοδήγηση συνδεσμικών αξόνων και διαταραχές στην κίνηση και την εναπόθεση αυγών. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης δείχνουν ότι το RIG-6 δρα συνεργατικά με το UNC-53 στην καθοδήγηση αξόνων τόσο στο νώτο-κοιλιακό όσο και στον πρόσθιο-οπίσθιο άξονα. Η συνέργεια μεταξύ των contactins και των UNC-53/NAV πρωτεϊνών πιθανώς να συντηρείται εξελικτικά και σε ανώτερους οργανισμούς.