IgLON

IgLON on kuuluv immunoglobuliinide (Ig) superperekonda valguperekond. IgLON valgud kuuluvad omakorda Ig superperekonnas raku adhesioonimolekulide (IgCAM) hulka, mis vahendavad rakkude omavahelist seondumist või seondumist rakuvaheainega. Seetõttu on IgLON valgud peamised rakkudevahelised kontaktid kesknärvisüsteemis. IgCAM-i perekonna liikmetele on iseloomulikud kolm Ig domeeni ehk spetsiifilist piirkonda – rakusisene tsütoskeletiga interakteeruv domeen, transmembraanne domeen ja rakuväline domeen. Rakuväline domeen on võimeline seonduma rakuvaheainega ning IgCAM-i perekonna liikmetega.. IgLON perekond koosneb neljast liikmest: LSAMP (limbic system-associated membrane protein), Neurotrimin(Ntm)/CEPU-1 (vastavalt roti ja kana ortoloogid), OBCAM (opioid-binding cell adhesion molecule) ja Kilon/Neurotractin (vastavalt roti ja kana ortoloogid). Lisaks kolmele Ig domeeni olemasolule, esineb kõigil IgLON-i perekonna liikmetel glükosüül-fosfatidüül-inositooli (GPI) ankur. IgLON perekonna valkude Ig-domeenid koosnevad 70–110 aminohappest ning nad jagatakse rühmadesse vastavalt suurusele ja funktsioonile. Ig-domeenid sisaldavad antiparalleelseid β-ahelaid, mis moodustavad β-lehti. Hüdrofoobsete aminohapete vahelised interaktsioonid β-lehtedel ja kõrgelt konserveerunud disulfiidsidemed tsüsteiini jääkide vahel muudavad Ig-domeenid vastupidavamaks peptiidide hüdrolüütilisele lagunemisele ehk proteolüüsile ning on seetõttu rakuvälises keskkonnas suhteliselt stabiilsed. IgLON valkudele iseloomulik GPI ankur lisatakse peale translatsiooni valgu karboksüülterminaalsesse osasse ning see on vajalik valgu ankurdamiseks raku välismembraanile. GPI ankur sisaldab glükaanset südamikku, fosfoetanoolamiini lüli ja fosfolipiidset saba. IgLON perekonna valgud vahendavad neuronitevahelist kontaktide loomist ning suunavad neuronite kasvu õige sihtmärgi suunas vastavalt rakutüübi spetsiifikale kasutades erinevaid mehhanisme . Senised tulemused näitavad, et IgLON valgud paiknevad peamiselt kolesteroolirikastes lipiidparvedes. IgLON valkude võime moodustada neis parvedes omavahel kobaraid aitab stabiliseerida rakkudevahelisi interaktsioone ja võimaldab aktiveerida teiseseid virgatsaineid (keemiline aine, mille kaudu neuron annab läbi keemilise sünapsi teisele närvirakule edasi närviimpulsi) . IgLON perekonna liikmed on võimelised rakumembraani lipiidiparvedel ühinema ja moodustama seeläbi dimeere, mis koosnevad kahest IgLON valguperekonna liikmest. Ilmselt on kõrge valgujärjestuse struktuuriline sarnasus vajalik perekonnasiseste dimeeride moodustamiseks. Näide Diglonite ehk dimeeride formeerumisest on Diglon-CO, CEPU-1 ja OBCAMi dimeer, mis blokeerib rakukultuuris väikeajus neuriitide väljakasvud. On näidatud, et IgLON-perekonna adhesioonimolekulidel on erinev ekspressioon arenevas ja täiskasvanud organismis. LSAMP avaldub peamiselt limbilises süsteemis, mis hõlmab kesk-, vaheaju ja suuraju koore erinevaid piirkondi ning on emotsioonide ja naudingu keskuseks. LSAMP ekspressioon on roti ajus määratav embrüonaalse arengu 15. päeval (E15). LSAMP avaldub varajases lootelises arengus närvirakkude jätkete ehk aksonite pinnal. Täiskasvanud isendis LSAMP ekspressioon aksonitel puudub. Ekspressioon esineb hoopis sünapsijärgselt rakukehal ja selle jätketel. Kuna sünapsijärgselt on LSAMP määratav ainult rakukehal ja selle jätketel ning mitte enam aksoni pinnal, leiab LSAMPi avaldumise korral aset ilmselt funktsiooni osaline muutumine arengu käigus. Lsamp geen kodeerib membraanvalku LSAMP (limbilise süsteemiga assotsieeritud membraani proteiin), mille funktsiooni seostatakse peamiselt aju limbilise süsteemiga. LSAMP on 64-68-kDa (kilodalton) glükoproteiin, mis koosneb valgust ja polüsahhariidide ahelast. LSAMP valgul esineb IgLON perekonnale iseloomulikult kolm Ig domeeni ja GPI (glükosüül-fosfatidüül-inositooli) ankur. LSAMP on inimesel ja närilistel 99%-lise identsusega, samuti esineb kanal ja ahvil sarnane geeni avaldumismuster. Inimesel asub LSAMP geen 3. kromosoomis, olles 2,2 Mb (megaaluspaari) suurune, sisaldades 11 eksonit (DNA lõik, mis ühendatakse mRNA pidevasse järjestusse) ja kahte ekson ühte (1a ja 1b), mis paiknevad üksteisest 1,6 Mb kaugusel. Hiirel esineb Lsamp 16. kromosoomis, geen on 2,28 Mb suurune ja sisaldab samuti 11 eksonit ning kolme ekson ühte (1a, 1a’ ja 1b). Ekson 1a’ ei oma eraldi promootorit (transkriptsiooni alguspunkti) nii nagu 1a ja 1b. Eksonid 1a ja 1a’ kodeerivad alternatiivseid mittetransleeritava ala 5’-otsas (5’ UTR) signaalpeptiide. Geeni transkribeeritakse kahe erineva promootori pealt, mis asuvad vastavalt ekson 1a ja 1b ees. Erinevatelt promootoritelt saadavad transkriptid erinevad signaalpeptiidi poolest, mis hiljem ära lõigatakse. Lisaks esineb Lsamp-mRNA-del ahelate lahtilõikamine ja uuesti ühendamine, mille puhul võidakse eemaldada eksonid 7 ja 8 nii, et lühemal peptiidil on karboksüülterminaalse otsa lähedal 23 aminohapet vähem. LSAMP valgul on 3 Ig domeeni ja DNA-järjestus, mis kodeerib Ig1, asub täielikult ekson 2-s, ning Ig2 ja mille intronid (DNA aluse vahejärjestus, mis lõigatakse primaarsest RNA transkriptist välja) asuvad Ig3 poolt kodeerivate alade vahel. Ig2 asub eksonites 3 ja 4 ning Ig3 asub eksonites 5 ja 6. Eksonite 3 ja 4 vahele jääb 179 kb suurune intron ja eksonite 5 ja 6 vahele jääb 0.5 kb suurune intron. Ekson 1a sisaldab mittetransleeritavat ala 5' otsas ja ekson 9 sisaldab nukleotiidjärjestust, mis kodeerib LSAMPi karboksüülterminaalselt otsalt ja 3’UTR saiti adeniinnukleotiidide järjestusega. Eksonite 1a, 1a’ ja 1b vahel asuvad kaks kõige suuremat intronit suurustega 799 ja 838 kb (kilo aluspaari). Veel üks suur intron, 355 kb, asub eksonite 1b ja 2 vahel. Suured 5’ intronid on iseloomulikud immunoglobuliinide superperekonna (IgSF) liikmetele ja nad sisaldavad regulatoorseid elemente, mis osalevad geeniekspressiooni vaigistamisel ja võimendamisel. Eksonites 1a ja 1b esineb palju CpG saari (tsütosiini-guaniini järjestuste klastereid, mis paiknevad sageli struktuurgeenide ees), mis on samuti iseloomulik IgSF perekonna raku adhesioonimolekule kodeerivatele geenidele. LSAMP kui IgCAM perekonna liige toimib kui adhesioonimolekul, osaledes aksonite kasvukoonuste ühenduse loomisel teiste rakkude ja aksonite membraanidega. Neuriitide kasvamisel esinevad sarnaseid IgCAM-e ekspresseerivate aksonite vahel tihti tõmbejõud. Seega võivad üksikud teedrajavad aksonid, mis ekspresseerivad samu IgCAM-e, suunata järgnevaid aksoneid ekspresseerima omakorda samasuguseid IgCAM-e ja need mõjutada samamoodi järgnevaid aksoneid. Seeläbi saavad teedrajavad aksonid panna aluse suurtele akonaalsetele radadele kesknärvisüsteemis. OBCAMi esinemine on määratav roti ajus embrüonaalse arengu 16. päeval (E16). Arengu käigus avaldub OBCAM erinevates ajuosades. Seejuures esineb OBCAM ainult hallolluses. Täiskasvanud rotis ekspressioonimuster muutub, esinedes peamiselt suuraju koores, hippokampuses. Vähemal määral esineb ka haistesibulas ja vaheajus ning madal ekspressioon on väikeajus, piklikajus ja seljaajus. Ekspressioon jaotub kahe isovormi vahel, see tähendab, et vormid erinevad üksteisest vaid väheste aminohapete poolest, millest levinum on 51- kDa isovorm. Ainult väikeajus ja haistesibulas esineb 46- kDa vorm. Täielikult diferentseerunud hippokampuse ja kortikaalsetel neuronitel avaldub OBCAM rakukehal ja rakukeha jätketel, kuid mitte aksonite väljakasvudel. OBCAM võib käituda ka kui kasvajate mahasuruva geenina. Neurotrimiin avaldub roti närvisüsteemis. Sünnihetkel (P0) avaldub erinevates ajuosades, kuid hilisem avaldumine domineerib sünaptilistes ühenduskohtades. Kiloni avaldumine piirdub samuti närvisüsteemiga ja on määratav embrüonaalse arengu 16. päeval (E16), millest alates ekspressioonitase kasvab. Arengu käigus avaldub suuraju koores, ajutüves, hippokampuses ja vähesel määral väikeajus. Täiskasvanud rotis avaldub Kilon peamiselt haistesibulas, suuraju koores, vaheajus, hippokampuses ja väikeajus ning esineb antud regioonides neuronite rakukehal ja rakukeha jätketel sünapsijärgselt. Barclay, A. N. (2003). Membrane proteins with immunoglobulin-like domains–a master superfamily of interaction molecules. Semin. Immunol.15 (4): 215–223. Walsh, F. S., Doherty, P. (1997). Neural cell adhesion molecules of the immunoglobulin superfamily: Role in Axon Growth and Guidance. Ann. Rev. of Cell and Dev. Biol. 13: 425–456. Colman R. D. ja Filbin T. M. (2006). Cell adhesion molecules, lk 111–121. George J. Siegel, R. Wayne Albers, Scott T. Brady, Donald L. Price, Basic neurochemistry: molecular, cellular and medical aspects 7nd ed., Amsterdam: Elsevier Academic Press Levitt, P. (1984). A monoclonal antibody to limbic system neurons. Science 223: 299–301. Joshi, H. C. (1994). Microtubule organizing centers and γ-tubulin. Cytoskeleton 6 (1): 55–62. Nosjean, O., Briolay, A., and Roux, B. (1997). Mammalian GPI proteins: sorting, membrane residence and functions. Biochim. Biophys. Acta. 1331: 153–186. Gil, D. O., Zanazzi, G., Struyk, F. A., Salzer, L. J. (1998). Neurotrimin mediates bifunctional effects on neurite outgrowth via homophilic and heterophilic interactions. J. Neurosci. 18 (22): 9312–9325. Varma, R. and Mayor, S. (1998). GPI-anchored proteins are organized in submicron domains at the cell surface. Nature 394: 798–801. Low, M. (1999). GPI-anchored biomolecules – An overview, lk 1–14. Hoessli, D. C., and Ilangumaran, S., GPI anchored membrane proteins and carbohydrates, Austin, TX., USA, Landes Company. Reed, J., McNamee, C., Rackstraw, S., Jenkins, J., Moss, D. (2004). Diglons are heterodimeric proteins composed of IgLON subunits, and Diglon-CO inhibits neurite outgrowth from cerebellar granule cells. J. Cell Sci. 117: 3961–3973. Pimenta, A. F. ja Levitt, P. (2004). Characterization of the genomic structure of the mouse limbic system-associated membrane protein (Lsamp) gene. Genomics 83: 790–801. Hirsch, M.R., Gaugler, L., Deagostini-Bazin, H., Bally-Cuif, L., Goridis, C. (1990). Identification of positive and negative regulatory elementsgoverning cell-type-specific expression of the neural cell adhesion molecule gene. Mol. Cell Biol. 10: 1959–1968. Goodman,C. S., Bastiani, M. J., Doe, C. Q., Lac, S., Helfand,S. L., Kuwada, J. Y., Thomas, J. B. (1984). Cell recognition during neuronal development. Science 225 (4668): 1271–1279. Pimenta, A. F., Fischer, I., Levitt, P. (1996). cDNA cloning and structural analysis of the human limbic-system-associated membrane protein (LAMP). Gene 170: 189–195. Lajtha, A. (2007). Handbook of neurochemistry and molecular neurobiology: Neural protein metabolism and function, 2nd ed, USA, Springer, lk 77–80.