Wikisage is op 1 na de grootste internet-encyclopedie in het Nederlands. Iedereen kan de hier verzamelde kennis gratis gebruiken, zonder storende advertenties. De Koninklijke Bibliotheek van Nederland heeft Wikisage in 2018 aangemerkt als digitaal erfgoed.
- Wilt u meehelpen om Wikisage te laten groeien? Maak dan een account aan. U bent van harte welkom. Zie: Portaal:Gebruikers.
- Bent u blij met Wikisage, of wilt u juist meer? Dan stellen we een bescheiden donatie om de kosten te bestrijden zeer op prijs. Zie: Portaal:Donaties.
Reeline
Reeline (gevormd uit het Engelse werkwoord to reel, "waggelen, wankelen" en het achtervoegsel -ine) is een nog niet zo lang bekende glycoproteïne in de extracellulaire matrix. Het wordt voornamelijk in de hersenen aangetroffen maar ook komt voor in andere delen van het lichaam zoals de lever, de ruggengraat en het bloed[1]. Het gen dat ervoor codeert is gelokaliseerd op het chromosoom 7q22 en staat bekend als het RELN-gen.
Reeline speelt vooral een belangrijke rol bij de ontwikkeling van het zenuwstelsel in embryo's, doordat het in hoge mate bijdraagt aan het sturen van de neuronale migratie. Reeline stimuleert daarnaast de ontwikkeling van bepaalde dendrieten[2][3] en blijft ook een belangrijke rol spelen nadat de hersenen eenmaal zijn volgroeid; zo regelt reeline in deze fase bijvoorbeeld de synaptische plasticiteit[1][4]. Daarnaast regelt het de voortgezette migratie van nieuwe neuroblasten vanaf plekken waar tijdens de volwassenheid neurogenese plaatsvindt, zoals de subventriculaire zone en de subgranulaire zone.
Veel psychotische aandoeningen lijken rechtstreeks verband te houden met een afwijkende hoeveelheid reeline. Zo is er bij schizofrenie en bipolaire stoornis aanzienlijk minder dan normaal van dit eiwit in de hersenen aanwezig, hoewel het precieze verband tussen deze twee zaken nog wordt onderzocht. Een te grote hoeveelheid reeline lijkt anderzijds een belangrijke rol te spelen bij aandoeningen als autisme, temporaalkwabepilepsie en de ziekte van Alzheimer. Wanneer er in het geheel geen reeline in het lichaam aanwezig is, is sprake van lissencefalie.
Geschiedenis
De ontwikkeling van het centraal zenuwstelsel op moleculair niveau wordt meestal bestudeerd aan de hand van mutaties bij muizen. In 1951 ontdekte Douglas Scott Falconer dat een bepaalde groep muizen een abnormaal wankelige manier van lopen had, wat het gevolg bleek te zijn van een verstoorde ontwikkeling van het centrale zenuwstelsel[5]. Deze zogeheten reelermuis vertoonde de afwijking als gevolg van een mutatie van het RELN-gen, terwijl de afwijking tevens homozygoot bleek.
Muizen met een heterozygote mutatie van het RELN-gen vertonen weinig neuroanatomische afwijkingen ten opzichte van muizen met een homozygote mutatie van dit gen. Gebleken is echter dat dierlijke modellen waarin genetische heterozygiteit samengaat met epigenese toch bruikbaar zijn als onderzoeksmodel bij de studie van de rol van downregulatie (een proces waarbij de hoeveelheid eiwitten e.d. vermindert) bij psychosen[6].
Nieuw histopathologisch onderzoek in de jaren '60 wees uit dat de kleine hersenen bij dit soort muizen veel kleiner waren dan gewoonlijk, terwijl op verschillende plekken in het brein de laminaire organisatie anders was. In de jaren '70 werd ook ontdekt dat in een deel van de neocortex van deze muizen de rangschikking van de diverse celtypen en weefsels anders was dan gewoonlijk; in grote lijnen was de volgorde van cellagen omgekeerd, terwijl anderzijds de celdifferentiatie normaal leek te verlopen[7]. Op grond hiervan verschoof de aandacht naar de specifieke fysieke eigenschappen van de zogeheten reeler-mutatie.
Identificatie van het reelinegen
In 1994 werd door middel van mutagenese een nieuw allel verkregen, dat kon worden gekloond en geïdentificeerd als het reelinegen. Japanse geleerden maakten bovendien met succes antistoffen tegen de reeler-mutaties aan. Voor reeline behoren deze immunoglobinen specifiek tot de monoklonale antistoffen, die met name bleken te reageren met de Cajal-Retziuscellen. Daarom kregen ze de naam CR-50 (Cajal-Retzius marker 50). Deze reacties verschaften meer duidelijkheid wat betreft rol van reeline tijdens de eerste fasen van de ontwikkeling van de hersenschors bij zoogdieren[1].
In 1998 werden ook de twee receptoren van reeline ontdekt, dit waren ApoER2 en de lipoproteïne-receptor VLDLR. Tegelijkertijd werd het eerste verband gelegd tussen deze receptoren en het ontstaan van de ziekte van Alzheimer. DAB1 kon als de belangrijkste regulator van de signaleringscascade van reeline worden aangewezen[8]. Nader onderzoek wees uit dat de hersenschorslagen van muizen met een dubbele knockout voor deze receptoren - die beide bleken te interageren met het gen DAB1 -, dezelfde gebreken vertoonden als die bij reelermuizen werd aangetroffen. Zo was duidelijk geworden dat deze receptoren een belangrijke rol spelen bij de transmissie van het reelinesignaal[1]. Vervolgens werd ook aangetoond dat de afwijking in de corticale lagen bij muizen waarbij het gen DAB1 nagenoeg geheel afwezig was veel overeenkomst vertoonde met dezelfde afwijking bij reelermuizen.
De volgende stap was het leggen van allerlei verbanden tussen reeline en allerlei complexe aandoeningen, zoals autisme en de ziekte van Alzheimer. In 2008 was er vrij veel bekend over de structuur en functie van het eiwit[1].
Structuur
Reeline bestaat uit een reeks van 3461 aminozuren met een moleculaire massa van 388 kDa. Het proteïne is opgebouwd uit acht gelijke delen van 350-390 aminozuren. De structurele kenmerken maken enzymactiviteit op moleculair niveau mogelijk, zoals het verbreken van peptidebindingen met het aminozuur serine (serineprotease).[9].
Opbouw
De opbouw van reeline begint met een signalerende peptide die bestaat uit een keten van 27 aminozuren, in het schema hiernaast weergegeven met "S". Het volgende gebied (in het schema hiernaast in paars met "SP" weergegeven) vertoont veel overeenkomsten met het spondin 1-proteïne, een eiwit dat is betrokken bij eiwit-binding. De structuur van het derde gebied, hiernaast aangegeven in rood, met "H", is karakteristiek voor reeline. Hierna volgt een herhaling van 8 ketens met een lengte van 350 tot 390 aminozuren, de zogeheten reelin repeats (reelineherhalingen) (in geel aangegeven). In hun midden hebben deze herhaalde ketens een klein peptidehormoon (aangegeven met een blauwe lijn), het zogeheten EGF-domein, waardoor elke herhaalde keten in twee subketens (A en B) uiteenvalt. Ondanks deze onderbreking maken de subdomeinen rechtstreeks contact met elkaar, waardoor ze als geheel een compacte structuur vormen[10].
Het laatste gebied omvat een zeer kort en basisch C-terminaal gebied (CTR, in het schema weergegeven als "+") met een lengte van 32 aminozuren. Bij bijna alle onderzochte gewervelde dieren (behalve vissen) kwam alleen het laatste deel van de aminozuurketen (het CTR-gebied) voor 100% overeen, waarmee dit dus als het meest conservatieve deel van reeline kan worden beschouwd.
Codering
Bij muizen codeert het RELN-gen uit 65 exonen die gezamenlijk ongeveer 450.000 basenparen overspannen. In de structuur van het gen worden twee transcriptie-initiatiegebieden (starten de codering van een RNA-molecuul) en twee polyadenilatie-gebieden (voegen een staart toe aan een RNA-molecuul) onderscheiden.[11]. Een van de exonen in het gen - namelijk datgene dat codeert voor slechts twee aminozuren in de buurt van het einde van de peptidekete (C-Terminus) - ondergaat een alternatieve splitsing. Van dit exon is de precieze functie nog onbekend.
Aanmaak (expressie)
Reelin-exprimerende cellen worden voor en kort na de geboorte vooral aangetroffen in de marginale zone van de hersenschors en de tijdelijk aanwezige subpiale granulaire laag. Bij mensen is dit het meest uitgesproken[12] Het eiwit wordt in de prenatale fase afgescheiden door de in de cortex en de hippocampus aanwezige Cajal-, Retzius- en Cajal-Retziuscellen.[1].
Bij alle tot nu toe bestudeerde gewervelde dieren is in de telencephala reeline aangetroffen. Het expressiepatroon varieert daarentegen bij sommige diersoorten; zo wordt het eiwit bijvoorbeeld bij zebravissen - die geen Cajal-Retziuscellen hebben - door zenuwcellen in het hele dorsale gedeelte van het pallium geëxprimeerd[13]. Ook in de hersenschors van schubreptielen is de verdeling van reeline-exprimerende cellen anders[14].
Cajal-Retziuscellen scheiden reeline af in combinatie met het zogeheten HAR1(Human accelerated regions)-gen, dat bij de mens ten opzichte van de chimpansee een zeer sterke evolutionaire verandering heeft doorlopen. Dit gen wordt bij embryo's van zoogdieren tussen de 7e en de 19e week van de zwangerschap afgescheiden in de zich ontwikkelde neocortex. Samen met reeline vormt het hiervan de typisch zeslagige structuur[15].
In de cortex en hippocampus van volwassen ratten vindt expressie van reeline hoofdzakelijk plaats in zenuwcellen waar synthese van gamma-aminoboterzuur (GABA) plaatsvindt en door de weinige overgebleven Cajal-Retziuscellen[16].
Nader onderzoek wees overigens uit dat het CTR-gebied niet voor de expressie van reeline verantwoordelijk is, wat eerder werd gedacht vanwege het feit dat in de genen van reelermuizen die een deel van de 8e herhaalde aminozurenreeks en de hele CTR misten het eiwit niet werd afgescheiden. In plaats daarvan draagt de C-terminaal vermoedelijk bij aan de downstreamsignalering, doordat het zich aan een of meerdere coreceptormoleculen op het celmembraan bindt[17].
SAM, een methylgroepdonor en noodzakelijk voor de activiteit van het enzym DNMT, zou ook de epigenetische sturing van genexpressie verder kunnen beïnvloeden.
Andere factoren die de expressie beïnvloeden
De expressie van reeline hangt behalve van de Cajal-Retziuscellen nog af van een aantal andere factoren. Het eiwit CINAP vormt dankzij zijn interactie met CASK een complex met de transcriptiefactor TBR-1. Dit complex stuurt op zijn beurt de expressie aan van genen die door TBR-1 en CASK worden gecontroleerd, waaronder het RELN-gen [18]. Een post-mortem studie wees verder uit dat in de neocortex van personen die de puberteit al hadden doorlopen de methylatie van het RELN-gen veel hoger was dan bij personen die nog niet in de puberteit waren aanbeland.
De transcriptiefactor TBR 1 reguleert het eiwit samen met enkele andere genen die T-elementen bevatten[19]. Bij jonge ratten bleek de moederlijke zorg van invloed te zijn op de dendritische structuur en functie van laag 2/3 van piramideneuronen van de somatosensorische cortex en op het transcriptoom in de hippocampus, en bijgevolg ook op de expressie van allerlei genen in deze gebieden, waaronder het reelinegen. Het feit dat dit effect zowel kan worden gestimuleerd als afgeremd, suggereert dat het ook nog omkeerbaar is nadat de ratten eenmaal volwassen zijn geworden[20][21].
Volgens nog meer onderzoek neemt als gevolg van herhaaldelijke blootstelling aan corticosteron het aantal reeline-positieve cellen en daarmee de expressie van reeline in de hippocampus van ratten af.[22].
Voorkomen
Omdat het eiwit reeline voornamelijk betrokken is bij de prenatale ontwikkeling van het zenuwstelsel, is de hoeveelheid ervan het grootst in de embryonale fase van het organisme.
Bij de ontwikkeling van de kleine hersenen wordt reeline het eerst aangetroffen in de uitwendige granulaire laag en in delen van het tectum, de hypothalamus en de ruggengraat, waarna migratie naar de inwendige lagen plaatsvindt. Behalve in de hersenen wordt reeline ook nog aangetroffen in het bloed (met name bij volwassen organismen), de lever, een deel van de pars intermedia in de hypofyse en de bijnieren. De concentratie reeline in de lever is verhoogd bij een leverbeschadiging, en keert terug op normaal niveau als de lever is genezen. Ook in de ogen wordt reeline afgescheiden, namelijk in het netvlies en het hoornvlies. Uit proeven met muizen blijkt dat de meeste expressie van reeline plaatsvindt tijdens de ontwikkeling van het netvlies. Net als in de lever neemt de expressie van reeline ook toe na verwondingen. Tenslotte wordt het eiwit afgescheiden door de odontoblasten aan de randen van het tandpulpa. Zowel gedurende het hele proces van tandontwikkeling als in volwassen tanden wordt op deze plekken reeline aangetroffen[1].
Onderzoek heeft uitgewezen dat reeline niet aanwezig is in de synaptische blaasjes, maar door middel van exocytose wordt uitgescheiden door de blaasjes van het Golgi-apparaat. De snelheid waarmee het eiwit vrijkomt is niet afhankelijk van depolarisatie, maar wordt uitsluitend bepaald door de snelheid waarmee de synthese plaatsvindt. Iets soortgelijks gaat op voor de expressie van andere eiwitten in de extracellulaire matrix.
Mechanisme
Reeline is een ligand die hoofdzakelijk bindt aan de twee lipoproteïne-receptoren VLDLR en ApoER2[23]. ApoER2 (Apolipoprotein E Receptor 2) is een molecuul dat zich aan het oppervlak van cellen bevindt en daar onder invloed van de reeline transductie van genen tussen cellen initieert.[24]Dankzij deze bindingen worden clusters gevormd, die op hun beurt vermoedelijk een cruciale rol spelen bij het verloop van de signaaltransductie. De intracellulaire adaptor DAB1 kan hierdoor op zijn beurt gaan dimeriseren of oligomeriseren. Aangetoond is dat soortgelijke clusters zelfs bij afwezigheid van reeline een dergelijke signaalketen kunnen activeren[25].
De rollen die de twee hoofdreceptoren van reeline in de neuronale migratie spelen lijken niet helemaal hetzelfde. Zo lijkt VLDLR hoofdzakelijk het stopsignaal voor de migratie door te geven, terwijl ApoER2 verantwoordelijk is voor de migratie van neocorticale zenuwcellen[26].
Interactie van het gen van ApoER2 met NMDA-receptoren vormt de basis voor vergroting van de langetermijnpotentiatie dankzij reeline. Deze interactie treedt op wanneer ApoER2 een intracellulair domein bevat dat wordt gecodeerd door het exon 19 en het gen alternatief wordt gesplitst[27].
Volgens een studie exprimeert de radiale glia dezelfde hoeveelheden ApoER2 af als de zenuwcellen, maar tienmaal minder VLDLR[28]. Volgens een andere studie spelen de op de neuroglia aanwezige bèta-1-integrine-receptoren (CD29) een zeer belangrijke rol bij de vorming van de afzonderlijke cellagen in de hersenschors en een minder belangrijke rol bij de migratie van neuroblasten[29].
Fosforylering van DAB1
Bewezen is dat reelinemoleculen een complex geheel van eiwitten vormen, het zogeheten disulfinegebonden homodimeer. Wanneer deze homodimeer niet wordt gevormd, is een goede tyrosine-fosforylering van DAB1 welke nodig is voor transductie van het reelinesignaal in vitro gedoemd te mislukken[30].[31].
De intracellulaire adaptor DAB1 gaat met VLDLR en ApoER2 een verbinding volgens het NPxY-patroon aan. DAB1 speelt daarnaast een rol bij de transmissie van reelinesignalen via deze lipoproteïnereceptoren. Vervolgens vindt fosforylering door de tyrosine-kinasen Src en FYN plaats, wat het actine-cytoskelet vermoedelijk stimuleert om van vorm te veranderen[32][33]. Het aandeel integrinereceptoren aan het oppervlak van cellen verandert hierdoor, en hierdoor verandert weer de celadhesie.
Fosforylering van DAB1 leidt tot posttranslationele modificatie (ubiquitinatie) en vervolgens afbreking van deze stof, hetgeen de verhoogde hoeveelheid DAB1 in combinatie met een tekort aan reeline kan verklaren[34]. Deze tegenkoppeling lijkt van groot belang voor een goed verloop van de corticale laminatie, aangezien de migratie van zenuwcellen hierdoor in banen wordt geleid[35]. Dankzij twee antilichaampjes veroorzaken VLDLR en ApoER2 fosforylering van DAB1, maar schijnbaar zonder dat DAB1 vervolgens wordt afgebroken en zonder dat het reeler-fenotype wordt gered. Dit is mogelijk en teken dat een deel van het signaal onafhankelijk van DAB1 wordt doorgestuurd[36].
Demethylatie
Volgens een studie bij ratten neemt als gevolg van demethylatie van het RELN-gen de expressie van reeline in de hippocampus sterk toe wanneer er iets in het geheugen moet worden opgeslagen, bijvoorbeeld bij angst[37].
Splitsing
Reeline kan op twee plekken worden gesplitst: na het tweede en het zesde domein, tussen de herhalingen 2/3 en 6/7. Hierdoor ontstaan 3 fragmenten. Deze splitsing leidt echter niet tot een verminderde eiwitactiviteit, omdat de delen die ontstaan uit de centrale fragmenten (de herhaalde aminozuurreeksen 3-6) zich binden aan de lipoproteïne-receptoren, waar ze fosforylatie van het DAB1-gen in de zich ontwikkelende zenuwcellen op gang brengen en zo de rol van reeline in de zich ontwikkelende hersenschors imiteren[38].
Andere interacties
Van het enzym cycline-afhankelijke kinase 5, een belangrijke regelaar van de migratie en positionering van zenuwcellen, is bekend dat het verantwoordelijk is voor fosforylering van DAB1 en andere doelwitten van reelinesignalering zoals het tau-eiwit[39][40]. Dit eiwit wordt mogelijk geactiveerd dankzij door reeline veroorzaakte deactivatie van GSK3B en NUDEL in verbinding met het gen PAFAH1B1[41][42].
Anderzijds kan reeline, doordat het een serineprotease is, bepaalde peptideverbindingen verbreken waardoor andere eiwitten bijeen worden gehouden. Hierdoor kunnen met name het verloop van de neuronale migratie en de adhesie van cellen aan fibronectine negatief worden beïnvloed[43].
Een eiwit met de naam PAFAH1B1, dat een belangrijke rol speelt bij lissencefalie, vertoont daarnaast interactie met (d.w.z. bindt zich aan) het intracellulaire segment van de receptor VLDLR. Het "communiceert" hierdoor ook met reeline, doordat het reageert op het geactiveerde reeline-reactiepad[44].
Aangetoond is dat het integrine alfa 3 bèta 1 zich tijdens de vorming van de hersenschors bindt aan de N-terminus van reeline, een gebied dat wordt onderscheiden van het deel dat een binding met de receptoren VLDLR en ApoER2 aangaat, waardoor de neuronale migratie wordt afgeremd[45]. Eerder werd aangenomen dat reeline zich bond aan de cadherine-gebonden neuronale receptor CNR1, maar dit idee is inmiddels weerlegd[36][46]. De reelinereceptoren zijn zowel op zenuwcellen als op de gliacellen aanwezig.
Functies
De precieze functie van reeline wordt vooral bepaald door het tijdstip waarop de expressie ervan plaatsheeft en de plaats in het lichaam waar het een rol speelt. De manier waarop het centrale of volledige deel van reeline door embryonale zenuwcellen wordt verwerkt is mogelijk in hoge mate bepalend voor een goed verloop van de signalering en de corticogenese.[47]. Het is daarnaast intensief betrokken bij diverse andere processen waar nog onderzoek naar wordt verricht.
Signalering
Onderzoek heeft aangetoond dat reeline de Notch1-signaleringscascade op een bepaalde manier activeert door de expressie van FABP7 op gang te brengen. Ook lijkt het de vorming van het radiaire gliale fenotype in progenitorcellen te stimuleren[48].
Volgens ander onderzoek is een goed verloop van de corticogenese afhankelijk van de manier waarop reeline in de embryonale fase door de zenuwcellen wordt verwerkt[49]. Vermoed wordt namelijk dat deze zenuwcellen bepaalde - tot nu toe ongeïdentificeerde - metalloproteinasen afscheiden, die een deel van het eiwit "bevrijden". Ook andere nog onbekende proteolytische mechanismen spelen in dit proces mogelijk een rol[50]. De grootste delen reeline blijven vermoedelijk plakken aan vezels van de hogergelegen extracellulaire matrix en centrale fragmenten, aangezien deze nadat de reeline eenmaal is afgebroken kunnen doordringen tot de lagere gedeelten[49]. Wanneer de neuroblasten eenmaal op het hoogste niveau zijn aangekomen, stoppen ze mogelijk met migreren. Dit is het gevolg van de verhoogde gecombineerde expressie van alle soorten reeline of van het typische gedrag van de grootste reeline-moleculen en bijbehorende homodimeren[1].
Als leden van de superfamilie van lipoproteïne-receptoren hebben zowel VLDLR als ApoER2 een insluitingsgebied (structureel motief) met de naam NPxY. Na de binding aan de receptoren wordt de reeline ingesloten door middel van endocytose. Volgens een studie wordt het N-terminale fragment van reeline hierna opnieuw afgescheiden[51], terwijl dit fragment volgens een andere studie helpt bij het na de geboorte voorkomen van vergroeiing van de apicale dendrieten van de piramidale neuronen van de corticale lagen I en II [52]. Volgens nog meer onderzoek leidt reeline-signalering tot fosforylatie van het met actine interagerende eiwit CFL1, en worden hierdoor het actine cytoskelet gestabiliseerd en de migratie van neuroblasten afgeremd[53][54].
Ontwikkeling en herstel van organen en weefsels
Reeline wordt afgescheiden door een aantal weefsels en organen in het zich ontwikkelende organisme, en de expressie neemt sterk af nadat het orgaan volledig is gevormd. De exacte rol van reeline in de zich nog ontwikkelende organen en weefsels is nog grotendeels onbekend, omdat in de betreffende organen van de proefmuizen geen grote afwijkingen zijn gevonden.
Bij volwassen dieren en mensen is de expressie van reeline alleen nog tijdelijk hoger dan normaal bij verwondingen. Na herstel keert de expressie terug op het normale niveau[55].Over de precieze rol van deze upregulatie van reeline na een verwonding is nog weinig bekend[55][56].
Zenuwstelsels
De rol die reeline speelt bij de groei en ontwikkeling van het centraal zenuwstelsel is belangrijker en hier is ook meer over bekend. Reeline stimuleert de differentiatie van progenitorcellen naar radiaire gliacellen. Ook beïnvloedt het de vezeloriëntatie hiervan. Hierdoor worden migrerende neuroblasten aangestuurd[28]. De locatie van de reeline-exprimerende cellaag is hierbij van groot belang, omdat vezels zich oriënteren in de richting van de hoogste concentratie hiervan[57]. Dankzij deze oriëntatie worden onder meer de laagspecifieke verbindingen tussen de hippocampus en de entorinale schors door reeline geregeld[58].
Ook in volwassen zenuwstelsels blijft reeline een belangrijke rol spelen in de twee meest actieve gebieden waar de neurogenese plaatsvindt: de subventriculaire zone en de gyrus dentatus. Bij sommige diersoorten migreren de neuroblasten eerst in ketens vanuit de subventriculaire zone als onderdeel van de rostrale migratoire stroom (RMS) naar de bulbus olfactorius, waar ze vervolgens door de reeline worden gedissocieerd om uiteindelijk als individuele cellen verder te gaan. De migratie van deze individuele cellen verandert daarbij van tangentieel in radiair, terwijl de cellen de radiaire gliavezels gebruiken als "gids".
Volgens onderzoek functioneren de receptoren ApoER2 en VLDLR en hun intracellulaire adapter DAB1 in de postnatale neuronale migratie onafhankelijk van reeline en onder invloed van het eiwit Tsp-1[59][60].
In de volgroeide gyrus dentatus fungeert reeline als sturingsmechanisme voor nieuwe neuronen die vanuit de subgranulaire zone in de laag granulecellen belanden[61]. In de volwassen hersenen draagt het eiwit voornamelijk bij aan het reguleren van de hoeveelheid afgescheiden corticale piramidecellen, de vertakking van dendrieten en de langetermijnpotentiatie[4].
Volgens tot nu toe onbewezen stellingen fungeert de reeline in het tandpulpa bovendien als een soort schakel tussen de odontoblasten en de zenuwuiteinden bij het doorgeven van pijnsignalen[62].
Volgense enkele Franse wetenschappers draagt reeline bovendien bij aan de configuratie van NMDA-receptoren, doordat het eiwit de mobiliteit van receptoren die GRIN2B bevatten verhoogt[63][64]. Dit proces zou er op zijn beurt aan bijdragen dat de hersenen zich blijven ontwikkelen na de geboorte[65].
Het lijkt erop dat activatie via reeline van de groei van dendrieten via kinasen van de Src-familie verloopt, en afhangt van de expressie van eiwitten die tot de CRK-familie behoren[66]. Dit is in overeenstemming met de interactie van Crk en CrkL met tyrosine-gefosforyleerde DAB-1[67]. Ook de overlappende functies van de genen Crk en CrkL bij neuronale migratie door middel van reeline is onderzocht aan de hand van op muizen toegepaste Cre/loxP-systemen waarin de betreffende genen ontbraken[68].
Corticogenese
De ontwikkeling van de hersenschors bij zoogdieren is een ander proces waarin reeline een zeer belangrijke rol speelt, met name in de allereerste fase waarin de zogeheten "preplaat" wordt opgesplitst in een oppervlakkige marginale zone en een tijdelijke subplaat. Tussen deze twee lagen bewegen zich volgens het "inside out"-principe de neuronale lagen[69].
Het migreren van pas gevormde zenuwcellen naar de bovenliggende lagen is kenmerkend voor de hersenen van zoogdieren, in de zich ontwikkelende hersenschors van reptielen migreren de zenuwcellen net in de omgekeerde richting[70]. Reeline blijkt een sturende rol te hebben in de tangentiële migratie van zowel de interneuronen naar de corticale plaat als die van de pioniersneuronen naar de marginale zone[71]. Een reelinetekort heeft bij zoogdieren dan ook tot gevolg dat ook de uiteindelijke volgorde van de hersenschorslagen min of meer wordt omgedraaid.
Over de precieze manier waarop reeline de tangentiële migratie en daarmee de uiteindelijke volgorde van de hersenschorslagen beïnvloedt bestaat echter nog geen overeenstemming. De oudste hypothese is dat het eiwit een stopsignaal afgeeft aan de migrerende cellen. Dit lijkt te worden bevestigd door het feit dat reeline dissociatie in gang kan zetten, waarbij de migrerende zenuwcellen van hun "leidende" gliacellen worden losgemaakt om als individuele cellen verder te gaan. Daarnaast speelt het eiwit een rol bij de handhaving van de compacte laag granulecellen in de hippocampus. Verder is het zo dat migrerende neuroblasten reelinerijke gebieden mijden, wat erop wijst dat reeline een celafstotende stof is[72][73].
Het feit dat de corticogenese bij sommige muizen normaal verloopt ondanks een verkeerde rangschikking van de reeline-exprimerende hersenschorslagen[74] en het gebrek aan bewijs voor het idee dat reeline de groeikegels en sturende zenuwuiteinden beïnvloedt laat ook ruimte voor andere mogelijkheden. Zo zou reeline de cellen bijvoorbeeld extra gevoelig kunnen maken voor bepaalde grote hoeveelheden signaleringscascades, doordat het eiwit tijdens de postnatale neurogenese de migrerende voorlopers van de zenuwcellen beïnvloedt dankzij een signaal dat deze cellen van de gliacellen scheidt (zie ook transductie)[72][75]. Daarnaast is het goed mogelijk dat reeline een belangrijke rol speelt bij op hun plaats terechtkomen van autonome zenuwcellen in de ruggengraat[76]. Volgens één studie beïnvloeden de plaats en mate van de reeline-expressie de beweging van sympathische preganglionaire neuronen[77].
Rol in de evolutie
De vermeerderde expressie van het reelinegen en DAB1 in de marginale zone in combinatie met de interactie van reeline met DAB1 heeft vermoedelijk een zeer belangrijke rol gespeeld bij de ontwikkeling van de meerlagige hersenschors bij moderne zoogdieren, die bij amniota nog uit slechts één enkele laag bestond[78]. Nader onderzoek heeft uitgewezen dat de expressie van reeline sterk toeneemt bij complexere cortexen. Doordat in het menselijk brein de Cajal-Retziuscellen een zeer uitgebreid netwerk van axonen vormen, is de expressie van reeline hier maximaal[79]. Dit is mogelijk het gevolg van de vorming van een aparte corticale laag die voor deze expressie verantwoordelijk is[80].
Over het precieze verband tussen deze complexe gelaagdheid en signaalpathways bestaat nog geen overeenstemming[75][81]. Een andere mogelijkheid die is geopperd is de ontwikkeling in de prenatale fase van reelineproducerende cellen uit cellen die voorheen reelinenegatief waren[12].
In 2007 werd bovendien ontdekt dat een bepaalde variant van het gen DAB1 alleen bij de Chinese bevolking voorkomt. Dit wijst erop dat het reactiepad van reeline nog steeds muteert[82][83].
Mogelijke rol bij aandoeningen
Lissencefalie
Verstoringen van het reelinegen worden verondersteld ten grondslag te liggen aan een zeldzame vorm van lissencefalie met cerebellaire hypoplasie, die bekend staat als het Norman-Roberts syndroom[1]. Als gevolg van de mutaties wordt het splicingproces van cDNA verstoord, hetgeen leidt tot te lage of ondetecteerbare reelinehoeveelheden. De patiënten vertonen hypotonie, ataxie, achterstand in zowel de geestelijke als de lichamelijke ontwikkeling (bijvoorbeeld niet zelfstandig kunnen zitten en weinig of geen taalverwerving). Andere symptomen van deze aandoening zijn epileptische insulten en lymfoedemen. In 2007 werd vastgesteld dat een nieuwe chromosomale translocatie verantwoordelijk was voor de betreffende ziektebeelden. Aangenomen wordt dat mutaties die de hoeveelheid reeline bij mensen beïnvloeden vaak het gevolg zijn van huwelijk onder bloedverwanten[84].
Schizofrenie
Volgens onderzoek is de concentratie s-adenosyl-methionine (SAM) in de prefrontale cortex van schizofreniepatiënten en patiënten met een bipolaire stoornis tweemaal zo hoog is als bij mensen zonder psychische afwijking het geval is. Dit gaat gepaard met een verhoogde expressie van het enzym DNA methyltransferase-1 DNA mRNA[85].
Uit post-mortem onderzoek bleek, dat in de hersenen van schizofreniepatiënten een verminderde mate van expressie van reeline en het bijbehorende Messenger RNA plaatsvond. In sommige gebieden van de hersenen kan deze vermindering oplopen tot 50%, en gaat ze tevens gepaard met een verminderde expressie van het enzym GAD-67, dat een katalysator is voor de omzetting van glutaminezuur in gamma-aminoboterzuur. Volgens een studie veranderen bij schizofrenie de hoeveelheden reeline en isovormen in het bloed, wat een belangrijke oorzaak van stemmingsstoornissen zou kunnen zijn[1].
Verhoogde DNMT1-expressie
Als mogelijke oorzaak van de verminderde hoeveelheden reeline-mRNA en reeline bij schizofrenie is epigenetische hypermethylatie van de reelinegenpromotor genoemd[86]. Deze bevindingen komen overeen met observaties uit de jaren '60, waaruit bleek dat het toedienen van methionine bij schizofreniepatiënten in 60 tot 70 % van de gevallen leidde tot een ernstige verergering van de symptomen van deze aandoening[87][88][89][90]. Uit autopsie bleek tevens dat in de corticale laag V van schizofreniepatiënten zowel de hoeveelheid DNMT1 als de hoeveelheid reeline normaal zijn ten opzichte van gewone patiënten, terwijl in hun corticale laag I de hoeveelheid DNMT1 driemaal zo hoog was. Dit laatste leidt vermoedelijk tot een verminderde expressie van reeline bij schizofrenie[91].
Een te hoge expressie van DNMT1 lijkt vooral plaats te vinden in de reeline-afscheidende GABA-ergische zenuwcellen en niet in hun glutamergische buren[92]. Methylatieremmers en remmers van histone deacetylase (zoals valproïnezuur) vergroten de hoeveelheid reeline-mRNA[93][94][95].
Behandeling
Behandeling met L-methionine bij muizen leidde tot een downregulatie van de fenotypische expressie van reeline [96]. DNMT-1 remmers bij dieren lijken zowel de expressie van reeline als die van GAD67 te bevorderen[97].
Ook DNMT-remmers en HDAC-remmers lijken de aanmaak van deze stoffen te bevorderen[98].
Dit alles lijkt de epigenetische hypothese met betrekking tot de rol van reeline in schizofrenie te bevestigen[99]. Hier komt bij dat de Cajal-Retzius cellen van muizen die al voor hun geboorte met een influenza besmet raakten of waarvan het afweersysteem kunstmatig werd beïnvloed bij de geboorte veel minder reeline afscheiden dan gewoonlijk. De expressie van calretinine en NOS1 lag bij deze muizen daarentegen op normaal niveau. Bij schizofreniepatiënten die een prenatale infectie hebben opgelopen zijn soortgelijke verschijnselen vastgesteld[100][101].
Anderzijds is de hypothese van hypermethylatie van reeline door twee andere studies niet bevestigd[102][103]. Onderzoek bij dieren heeft verder uitgewezen dat ook psychofarmaca de expressie van reeline kunnen beïnvloeden.
Het chromosoomgebied 7q22 is de locatie van het reelinegen. Dit gebied wordt daarnaast verondersteld een rol te spelen bij schizofrenie[104]. Het gen zelf is met schizofrenie in verband gebracht in een uitgebreide studie, waarin bleek dat het polymorfisme rs7341475 het risico op schizofrenie wel bij vrouwen maar niet bij mannen verhoogde. Vrouwen met dit enkel-nucleotide polymorfisme lopen volgens deze studie 1,4x zoveel kans op schizofrenie[105]. Bij families waarin schizofrenie voorkomt zijn variaties in het RELN-allel in verband gebracht met het werkgeheugen[104][106].
Dendritogenese
Ook de manier waarop reeline de dendritogenese positief beïnvloedt doordat het de hippocampale zenuwcellen stimuleert is onderzocht[2][66]. Een verminderde hoeveelheid reeline kan voor een verstoring in de ontwikkeling van dendrieten die mogelijk weer ten grondslag ligt aan schizofrenie zorgen. Bij schizofreniepatiënten is daarnaast een verminderde dichtheid van dendritische spines in verschillende corticale gebieden geconstateerd[107][108]. Op grond van dit en meer onderzoek is de mogelijkheid geopperd dat tekorten aan spine en neuropil in de neocortex van psychiatrische patiënten gedeeltelijk verband zouden kunnen houden met een gedownreguleerde expressie van zowel reeline als van mRNA[109][110].
VLDL-receptoren
Een andere studie toont aan dat schizofreniepatiënten in de perifere lymfocyten een verminderde hoeveelheid VLDL-receptoren (VLDLR) hebben[111]. Na een half jaar durende behandeling met antipsychotica steeg de expressie. Perifere VLDLR-niveaus kunnen dus in de toekomst mogelijk als een betrouwbare biomarker voor schizofrenie dienen[111].
Risicogenen
Ook de interactie van reeline met bepaalde risicogenen speelt mogelijk een rol bij schizofrenie en andere psychische aandoeningen. Een voorbeeld is de neuronale transcriptiefactor NPAS3, waarvan de verstoring mogelijk de basis vormt voor schizofrenie en achterstanden in het leerproces[112]. Knockout-muizen die dit of het gelijksoortige eiwit NPAS1 missen hebben daarnaast aanzienlijk minder reeline, maar het precieze verband tussen deze factoren is nog onbekend[113]. Een ander voorbeeld is het met schizofrenie verband houdende gen methylenetetrahydrofolate reductase. Muizen (en vermoedelijk mensen) met een tekort aan dit gen hebben een verminderde hoeveelheid reeline in het cerebellum[114].
In ditzelfde verband moet worden opgemerkt dat de gencodering voor de subeenheid NR2B, die als een van de meest risicovolle kandidaatgenen geldt, mogelijk beïnvloed wordt door reeline[64][115]. Een ander gemeenschappelijk kenmerk van NR2B en RELN is dat ze beide kunnen worden gereguleerd door de transcriptiefactor TBR1[116].
Haploinsufficiëntie
De heterozygote reelermuis is haploinsufficiënt voor het RELN-gen en vertoont bepaalde afwijkingen die ook voorkomen bij schizofrenie en bipolaire stoornissen, zoals downregulatie van reeline-mRNA en een verminderde hoeveelheid dendritische spinen in de zenuwcellen van de hersenschors en hippocampus[117]. Het fenotype van deze muis wordt echter niet beschouwd als voorbeeld van een genetisch standaardmodel voor de studie van schizofrenie[118].
Bipolaire stoornis
Post-mortem onderzoek van menselijke hersenen heeft aangetoond dat een verminderde expressie van het reelinegen in combinatie met upregulatie van het enzym DNMT1 enerzijds wel kenmerkend is voor bipolaire stoornissen in combinatie met psychose, maar anderzijds niet kenmerkend voor langetermijndepressies[119]. Volgens een onderzoek uit 2006 is bij mensen met een bipolaire stoornis de hoeveelheid DNMT1 en bijgevolg ook de hoeveelheid reeline en GAD67 in de basale ganglia op normaal niveau, terwijl in de prefrontale cortex sprake is van dezelfde afwijkingen als bij schizofreniepatiënten[120].
In 2009 kwamen aanwijzingen dat veranderingen van het RELN-gen (SNP rs362719) specifiek verband houden met bipolaire stoornis bij vrouwen. Voor meer zekerheid hierover is nieuwe replicatie van DNA vereist[121].
Depressie
Een verminderde hippocampale plasticiteit werkt depressies in de hand en kan het gevolg zijn van een verminderde reeline-expressie. Dit zou tevens verband kunnen houden met de veronderstelde rol van corticosteroïden bij depressies[122].
Autisme
Autisme is een neuronale ontwikkelingsstoornis die vermoedelijk wordt veroorzaakt door mutaties op verschillende plaatsen die hun oorsprong vinden in omgevingsfactoren. Over de rol van reeline bij autisme is nog weinig duidelijk. Het reelinegen is gesitueerd in chromosoomlocus 7q22, een gebied dat in verband wordt gebracht met vatbaarheid voor autisme. In de post-mortem onderzochte hersenen van mensen met autisme zijn verminderde hoeveelheden reeline aangetroffen. Onderzoek naar het veronderstelde verband tussen reeline en autisme heeft echter tot nu toe alleen tegenstrijdige resultaten opgeleverd, hoewel de studie van afwijkingen in de hersengroei en neuro-ontwikkeling en de functie en structuur van synapsen en dendrieten bij transgenetische muizen wel in de richting van een bestaand verband wijzen[123].
Temporaalkwabepilepsie
Een verstoring van de neuronale migratie als gevolg van een verminderde expressie van reeline in het weefsel van de hippocampus lijkt bij een deel van de patiënten rechtstreeks verband te houden met de migratie van korrelcellen, en daarmee met epilepsie aan de temporale kwab. Verhoogde hypermethylatie van de reeline-promotor speelt ook een rol[124][125][126].
Uit ander onderzoek blijkt dat reeline bij ratten en andere knaagdieren de migratie van progenitorcellen van granulecellen (DGC) aanstuurt en zo de integratie van deze cellen in de gyrus dentatus regelt. Dit gebeurt zowel bij ongeboren als bij volwassen exemplaren. Dissociatie van de migrerende neuroblasten zonder reeline verloopt niet goed. DGC-cellen spelen op hun beurt een grote rol bij epileptische aanvallen[127].
In een door middel van kainzuur opgewekt experimenteel epilepsiemodel bij muizen heeft exogene reeline de voor temporaalkwabepilepsie typische verspreiding van DGC-cellen als gevolg van een verstoorde migratie voorkomen[128].
Ziekte van Alzheimer
Volgens een studie gaat de ziekte van Alzheimer gepaard met een veranderd patroon van zowel de reeline-expressie als de glycosylatie. De in de cortex van onderzochte Alzheimer-patiënten aangetroffen hoeveelheid reeline was 40% hoger dan gebruikelijk, terwijl de hoeveelheid eiwit in het cerebellum hetzelfde was als bij mensen zonder Alzheimer[129]. Dit komt overeen met een eerdere studie waarin aan de hand van AD-soortgelijke transgenetische muismodellen de aanwezigheid van reeline in amyloïde-plaques aannemelijk werd gemaakt[130]. Het aantal Cajal-Retzius cellen in de eerste corticale laag dat reeline aanmaakt is daarentegen abnormaal laag bij Alzheimer-patiënten, waardoor de synaptogenese negatief wordt beïnvloed[131][132].
Een uitgebreide studie uit 2008 toont bovendien aan dat veranderingen in het RELN-gen bij vrouwen verband houden met een toegenomen kans op Alzheimer[133]. Reeline interageert met het amyloïde precursor eiwit, wat de ontwikkeling van neurieten stimuleert[134]. Ook gaat het mogelijk de a-beta-geïnduceerde onderdrukking van de goede werking van NMDA-receptoren tegen[135][136]. Het signaleringspad van het eiwit zou zelfs een ontbrekende schakel kunnen vormen tussen de ziekte van Alzheimer en schizofrenie[137].
Kanker
Zie Kanker voor het hoofdartikel over dit onderwerp. |
Bij tumoren verandert vaak het patroon van de DNA-methylatie. Hierdoor wordt ook het RELN-gen mogelijk beïnvloed. Volgens een studie wordt bij alvleesklierkanker de expressie van reeline onderdrukt, waardoor ook de pathway van het eiwit verstoord raakt. Bij kankercellen die het eiwit nog wel exprimeerden leidde het onderdrukken van deze expressie tot een toegenomen metastase[138]. Bij prostaatkanker blijkt de expressie van reeline daarentegen juist aan de hoge kant te zijn, en bovendien rechtstreeks samen te hangen met een hoge Gleason score[139]. Ook bij retinoblastomen is sprake van een overmatige reeline-expressie[140].
Andere ziekten
Volgens een genoom-brede associatie studie met 550.0000 enkel-nucleotide polymorfismen speelt mutatie van het reelinegen een rol bij otosclerose[141]. Nieuw onderzoek bij muizen wees uit dat upregulatie van zowel DAB1 als RELN mogelijk een rol speelt bij het beschermen tegen cerebrale malaria[142].
Reeline en psychofarmaca
Aangezien uit post-mortem onderzoek is gebleken dat reeline bij een groot aantal afwijkingen aan de hersenen is betrokken, is de rol ervan als potentieel geneesmiddel vanzelfsprekend belangrijk.
Volgens de epigenetische hypothese kunnen medicijnen die demethylatie in de hand werken de downregulatie van RELN en GAD67, die mogelijk het gevolg is van methylatie, verminderen. Bij muizen die waren voorbehandeld met I-methionine werd de demethylatie van deze twee genen wel gestimuleerd door een behandeling met clozapine en sulpiride, maar niet door een behandeling met haloperidol en olanzapine[143].
Valproïnezuur, dat een inhibitor is van histone deacetylase, wordt verondersteld een positieve werking te hebben wanneer het wordt ingenomen in combinatie met antipsychotica. Uit een experiment van Fatemi et al., waarbij gedurende 21 dagen van peritoneale injecties de hoeveelheid RELN mRNA en reeline in de prefrontale cortex van ratten werd gemeten, bleek anderzijds geen sprake te zijn van een verhoogde reeline-expressie als gevolg van valproïnezuur, waaruit volgt dat verder onderzoek op dit gebied nog nodig is. De resultaten van het betreffende experiment waren als volgt[1]:
Reeline-expressie | Clozapine | Fluoxetine | Haloperidol | Lithium | Olanzapine | Valproïnezuur |
---|---|---|---|---|---|---|
proteïne | ↓ | ↔ | ↓ | ↓ | ↑ | ↔ |
mRNA | ↑ | ↑ | ↓ | ↑ | ↑ | ↓ |
In een nieuwe studie van Fatima et al. werd behalve de corticale expressie van reeline ook die van VLDLR, DAB1, GSK3beta, GAD65 en GAD67 gemeten[144].
Aanbevolen literatuur
- Het boek: Fatemi, S. Hossein, Reelin Glycoprotein: Structure, Biology and Roles in Health and Disease. Springfer, Berlin, 2008, p. 444 pages
- Een recensie: Förster E, Jossin Y, Zhao S, Chai X, Frotscher M, Goffinet AM (February 2006). Recent progress in understanding the role of Reelin in radial neuronal migration, with specific emphasis on the dentate gyrus. Eur. J. Neurosci. 23 (4): 901–9. DOI:10.1111/j.1460-9568.2006.04612.x.
Referenties
Noten
|