Молекулярная биология, 2021, T. 55, № 6, стр. 1021-1029

При инициации долговременной потенциации в нейрональной культуре субъединица PHF10 ремоделирующего хроматин комплекса PBAF меняет свою локализацию и взаимодействует с c-FOS

А. М. Азиева ab*, А. А. Шейнов a, Д. А. Кириллова b, Е. В. Татарский a, С. Г. Георгиева ac, Н. В. Сошникова a

a Институт биологии гена Российской академии наук
119334 Москва, Россия

b Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
123182 Москва, Россия

c Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук
119991 Москва, Россия

* E-mail: so2615nat@gmail.com

Поступила в редакцию 16.10.2020
После доработки 15.04.2021
Принята к публикации 19.05.2021

Аннотация

Комплекс PBAF, ремоделирующий хроматин, взаимодействует со многими активаторами транскрипции и рекрутируется на таргетные участки хроматина. PBAF играет важную роль в поддержании и изменении структуры хроматина в клетках нервной системы млекопитающих. Субъединица комплекса PBAF – транскрипционный фактор PHF10 – необходим для пролиферации нейрональных предшественников на ранних стадиях развития головного мозга мышей и экспрессии генов в дифференцированных нейронах. Мы показали, что PHF10 взаимодействует с белковым продуктом гена раннего ответа c-Fos, транскрипционным активатором c-FOS, который экспрессируется в ответ на индукцию долговременной потенциации (ДВП). Индукция ДВП запускает транскрипцию генов и синтез белков, обеспечивающих изменения, приводящие к установлению долговременных контактов между нейронами. После индукции ДВП в клетках дифференцированной нейрональной культуры начинает экспрессироваться c-FOS, который первоначально локализуется в цитоплазме, а далее перемещается в ядро. PHF10 экспрессируется в нейрональных клетках до индукции ДВП и имеет ядерную локализацию. Однако через 1 ч после индукции PHF10 детектируется в цитоплазме вместе с c-FOS, а затем вместе с ним перемещается в ядро. Важно, что такое поведение PHF10 в ответ на стимуляцию KCl специфично для нейрональных культур. Предполагается, что в процессе ДВП PHF10 совместно с c-FOS участвует в активации генов вторичного ответа, регулирующих поддержание пластических модификаций и гомеостаз синапсов нейронов. Экспорт PHF10 из ядра и его быстрое возвращение вместе с c-FOS в ядро, возможно, необходимо для быстрой модуляции экспрессии таргетных генов вторичного ответа в процессе ДВП.

Ключевые слова: PHF10, PBAF, c-FOS, нейрональные культуры, долговременная потенциация

Список литературы

  1. Ghosh A., Ginty D.D., Bading H., Greenberg M.E. (1994) Calcium regulation of gene expression in neuronal cells. J. Neurobiol. 25, 294–303.

  2. Mermelstein P.G., Bito H., Deisseroth K., Tsien R.W. (2000) Critical dependence of cAMP response element-binding protein phosphorylation on L-type calcium channels supports a selective response to EPSPs in preference to action potentials. J. Neurosci. 20, 266–273.

  3. Fleck M.W., Palmer A.M., Barrionuevo G. (1992) Potassium-induced long-term potentiation in rat hippocampal slices. Brain Res. 580, 100–105.

  4. Minatohara K., Akiyoshi M., Okuno H. (2016) Role of immediate-early genes in synaptic plasticity and neuronal ensembles underlying the memory trace. Front. Mol. Neurosci. 8, 243. https://doi.org/10.3389/fnmol.2015.00078

  5. Gallo F.T., Katche C., Morici J.F., Medina J.H., Weisstaub N.V. (2018) Immediate early genes, memory and psychiatric disorders: focus on c-Fos, Egr1 and Arc. Front. Behav. Neurosci. 12, 79.

  6. Sheng M., Greenberg M.E. (1990) The regulation and function of c-fos and other immediate early genes in the nervous system. Neuron. 4, 477–485.

  7. Oma Y., Harata M. (2011) Actin-related proteins localized in the nucleus. Nucleus. 2, 38–46.

  8. Li X., Wang W., Wang J., Malovannaya A., Xi Y., Li W., Guerra R., Hawke D.H., Qin J., Chen J. (2015) Proteomic analyses reveal distinct chromatin-associated and soluble transcription factor complexes. Mol. Syst. Biol. 11, 775.

  9. Sokpor G., Xie Y., Rosenbusch J., Tuoc T. (2017) Chromatin remodeling BAF (SWI/SNF) complexes in neural development and disorders. Front. Mol. Neurosci. 10, 78.

  10. Vogel-Ciernia A., Matheos D.P., Barrett R.M., Kramár E.A., Azzawi S., Chen Y., Magnan C.N., Zeller M., Sylvain A., Haettig J., Jia Y., Tran A., Dang R., Post R.J., Chabrier M., Babayan A.H., Wu J.I., Crabtree G.R., Baldi P., Baram T.Z., Lynch G., Wood M.A. (2013) The neuron-specific chromatin regulatory subunit BAF53b is necessary for synaptic plasticity and memory. Nat. Neurosci. 16, 552–561.

  11. Qiu Z., Ghosh A. (2008) A calcium-dependent switch in a CREST-BRG1 complex regulates activity-dependent gene expression. Neuron. 60, 775–787.

  12. Staahl B.T., Tang J., Wu W., Sun A., Gitler A.D., Yoo A.S., Crabtree G.R. (2013) Kinetic analysis of npBAF to nBAF switching reveals exchange of SS18 with CREST and integration with neural developmental pathways. J. Neurosci. 33, 10348–10361.

  13. Азиева А.М., Шейнов А.А., Галкин Ф.А., Георгиева С.Г., Сошникова Н.В. (2018). Влияние фосфорилирования субъединиц ремоделирующего хроматин комплекса PBAF на их стабильность в головном мозге мыши. ДАН. 479, 212–215.

  14. Lessard J., Wu J.I., Ranish J.A., Wan M., Winslow M.M., Staahl B.T., Wu H., Aebersold R., Graef I.A., Crabtree G.R. (2007) An essential switch in subunit composition of a chromatin remodeling complex during neural development. Neuron. 55, 201–215.

  15. Brechalov A.V., Georgieva S.G., Soshnikova N.V. (2014) Mammalian cells contain two functionally distinct PBAF complexes incorporating different isoforms of PHF10 signature subunit. Cell Cycle. 13, 1970–1979.

  16. Sokolov I., Azieva A., Burtsev M. (2016) Patterns of spiking activity of neuronal networks in vitro as memory traces. In: Advances in Intelligent Systems and Computing. Biologically Inspired Cognitive Architectures (BICA) for Young Scientists. Cham Springer Internat. Publ., 241–247.

  17. Stepanenko A.A., Dmitrenko V.V. (2015) HEK293 in cell biology and cancer research: phenotype, karyotype, tumorigenicity, and stress-induced genome-phenotype evolution. Gene. 569, 182–190.

  18. Schoenenberger P., Gerosa D., Oertner T.G. (2009) Temporal control of immediate early gene induction by light. PloS One. 4, e8185.

  19. Бречалов А.В., Валиева М.Е., Георгиева С.Г., Сошникова Н.В. (2016) Изоформы белка PHF10 подвергаются фосфорилированию в составе ремоделирующего хроматин комплекса PBAF млекопитающих. Молекуляр. биология. 50(2), 320‒326.

  20. Tatarskiy V.V., Simonov Y.P., Shcherbinin D.S., Brechalov A.V., Georgieva S.G., Soshnikova N.V. (2017) Stability of the PHF10 subunit of PBAF signature module is regulated by phosphorylation: role of β-TrCP. Sci. Rep. 7, 5645.

  21. Sheynov A., Feoktistov A., Georgieva S., Soshnikova N. (2019) AKT kinase phosphorylates PHF10, a subunit of PBAF chromatin remodeling complex. FEBS Open Bio. 9, 124.

  22. Tian J.B., Bishop G.A. (2002) Stimulus-dependent activation of c-Fos in neurons and glia in the rat cerebellum. J. Chem. Neuroanat. 23, 157–170.

  23. Flavell S.W., Greenberg M.E. (2008) Signaling mechanisms linking neuronal activity to gene expression and plasticity of the nervous system. Annu. Rev. Neurosci. 31, 563–590.

  24. Chaudhuri A., Zangenehpour S., Rahbar-Dehgan F., Ye F. (2000) Molecular maps of neural activity and quiescence. Acta Neurobiol. Exp. (Warsz.). 60, 403–410.

  25. Gandolfi D., Cerri S., Mapelli J., Polimeni M., Tritto S., Fuzzati-Armentero M.-T., Bigiani A., Blandini F., Mapelli L., D’Angelo E. (2017) Activation of the CREB/c-Fos pathway during long-term synaptic plasticity in the cerebellum granular layer. Front. Cell. Neurosci. 11, 184.

  26. Schachter T.N., Shen T., Liu Y., Schneider M.F. (2012) Kinetics of nuclear-cytoplasmic translocation of Foxo1 and Foxo3A in adult skeletal muscle fibers. Am. J. Physiol.Cell Physiol. 303, C977–C990.

  27. Araki K., Kawauchi K., Hirata H., Yamamoto M., Taya Y. (2013) Cytoplasmic translocation of the retinoblastoma protein disrupts sarcomeric organization. eLife. 2, e01228.

Дополнительные материалы отсутствуют.