Gebruiker:Phacelias/Reeline

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie


Reeline
Phacelias/Reeline
Identificatie
Symbolen RELN
RL
PDB-codes 2ddu
Externe identificaties
UniProt P78509
OMIM 600514
Entrez 5649
RefSeq NM_005045
Genoomgegevens
Locus Chr. 7 q22
Chromosoom
Portaal  Portaalicoon   Biologie

Reeline is een eiwit dat behoort tot de glycoproteïnen. Het wordt voornamelijk afgescheiden in de hersenen van gewervelden en zorgt daar gedurende de embryonale ontwikkeling van zoogdieren voor een correcte migratie van de gliacellen en vervolgens ook van de neuronen naar de verschillende lagen in de hersenen, ofwel de neocortex. Wanneer het gen voor reeline of dat van zijn receptoren muteert of sterk wordt gemethyleerd, waardoor de expressie van reeline of haar receptoren aanzienlijk daalt, verloopt de migratie en differentiatie van de neuronen niet goed en doen zich afwijkingen voor in de ontwikkeling van de hersenschors. Als gevolg daarvan worden de lagen in de hersenschors in de verkeerde volgorde op elkaar gestapeld en hebben ze niet de correcte structuur.

De naam reeline is afgeleid van het Engelse werkwoord to reel, wat 'wankelen' betekent en verwijst naar de gevolgen van mutatie van het RELN-gen bij muizen die hierdoor waggelend gaan lopen. Bij de mens is reeline van belang gebleken voor de migratie van neuronen in de zich ontwikkelende hersenen, maar ook in de volwassene is het eiwit van belang in de groei, rijping en synaptische activiteit in de hersenen. Verminderde expressie van reeline met afwijkende structuren tot gevolg, hebben bij mensen zeer ernstige gevolgen voor de mentale gezondheid wat zich kan uiten in bipolaire stoornissen, schizofrenie, lissencefalie, depressies, autisme en de ziekte van Alzheimer.[1]

Rol[bewerken | brontekst bewerken]

Reeline wordt afgescheiden door speciale zenuwcellen, de Cajal-Retziuscellen in de zich ontwikkelende hersenschors.[2] Het eiwit reeline moet worden afgegeven in de extracellulaire matrix, het netwerk van verschillende eiwitten dat tussen de cellen is gelegen. Hier vervult reeline haar biologische rol en functie als het enzym serineprotease, dat als zodanig de interacties tussen de verschillende cellen beïnvloedt.[3] Reeline bindt een receptor en oefent zo haar functie uit, maar ook de splitsing ervan in kleinere fragmenten reguleren aspecten van het signaal. Reeline kan aantrekkingskracht uitoefenen op migrerende cellen of het zou juist een soort 'loslaten en stop'-signaal kunnen zijn voor cellen die aan het eind van hun migratie gekomen zijn.[4]

Gedurende de embryonale ontwikkeling van zoogdieren, reptielen en vogels speelt reeline een belangrijke rol in de variatie van signaalsterkte tussen de zenuwcellen, de synaptische plasticiteit, en in de groei van dentrieten en kleine stekeltjes op de vertakkingen van zenuwcellen, de dendritische spines. Beide processen zijn belangrijk voor de vorming van signalen tussen tussen neuronen en hebben dan ook een belangrijke rol in het vermogen tot leren en het geheugen.[5][6] Het eiwit blijft dan ook van belang na de ontwikkeling van het embryo en kan dus ook gevonden worden in de hersenen van de volwassen mens. Het bevindt zich ook in de lever en het oog.[7]

Ontdekking[bewerken | brontekst bewerken]

Video: de reelermouse werd voor het eerst beschreven in 1951 door D.S.Falconer. Later bleek dat wat deze muizen mankeerde was dat ze een bepaald eiwit niet aanmaakten wat vervolgens reeline genoemd werd.
Doorsnede van de hersenen van een reelermouse (rechts) vergeleken met die van een gewone muis (links).

Experimenten met muizen[bewerken | brontekst bewerken]

De ontwikkeling van het centrale zenuwstelsel op moleculair niveau wordt bestudeerd aan de hand van mutaties bij muizen. In 1951 ontdekte Douglas Scott Falconer dat een groep muizen die werd gehouden door Charlotte Auerbach een abnormaal wankelende manier van lopen vertoonde. Dit bleek het gevolg van een verstoorde ontwikkeling van het centrale zenuwstelsel. Deze zogeheten reelermouse vertoonde de afwijking als gevolg van een mutatie van het RELN-gen. Deze mutatie was homozygoot, dat wil zeggen dat beide kopieën, ofwel allelen van het gen de mutatie droegen. Deze muizen hadden geen expressie van wat later reeline genoemd werd, naar het fenotype en het gedrag van deze muizen die 'wankelden'.[8]

Nieuw histopathologisch onderzoek in de jaren '60 met de reelermouse wees uit dat de kleine hersenen bij dit soort muizen veel kleiner waren dan gewoonlijk, terwijl bovendien 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. Op grond hiervan verschoof de aandacht naar de specifieke fysieke eigenschappen van de zogeheten reeler-mutant.[9]

Muizen met een heterozygote mutatie van het RELN-gen daarentegen (die een mutatie in slechts één van de twee allelen bezitten) vertonen weinig neuroanatomische afwijkingen ten opzichte van muizen met een homozygote mutatie van dit gen. De hoeveelheid reeline in deze muizen is gehalveerd aangezien het om heterozygote mutaties gaat waarbij slechts een van de twee allelen gemuteerd en dus niet werkzaam is. Om die reden zijn ze interessant als model bij het onderzoek naar psychosen; bij post-mortem onderzoek op psychotische patiënten bleek namelijk dat er in de hersenen sprake was van een downregulatie van het gen van 50%.[10]

Identificatie van het reeline-gen[bewerken | brontekst bewerken]

Reeline werd in 1995 ontdekt in twee muizenstammen, waarvan één spontaan ontstaan was en de ander transgeen was verkregen. De spontane reeler-mutant was al langer bekend en bewoog zich zoals al bekend met de wankelende gang. Dankzij de transgene muizen kon het gen gekloond worden en men vond daarmee in de spontane mutant een grote deletie die verklaarde waarom er geen transcriptie van het gen plaatsvond. De reeler mutant is daarna ook ontdekt in verschillende rattenstammen en uiteindelijk is het reeline-gen ook in de mens ontdekt en gekloond.[11]

De volgende stap was het leggen van allerlei verbanden tussen de afwezigheid van transcriptie van reeline en allerlei complexe aandoeningen, zoals autisme en de ziekte van Alzheimer. In de eerste jaren van de 21e eeuw werd er steeds meer bekend over de structuur en functie van het eiwit.

Structuur[bewerken | brontekst bewerken]

Schematische weergave van de structuur van reeline.
Kristallografische structuur van reeline. Bron: Yasui et al., 2007.[12]

Reeline wordt gecodeerd door het RELN-gen, waarvan in 1994 werd vastgesteld dat het bij de mens op het chromosoom 7 locus 7q22 ligt.[13] Het eiwit bestaat uit een keten van 3461 aminozuren met een moleculaire massa van 388 kDa. Deze keten bestaat in zijn primaire structuur uit twaalf blokken aminozuren. Het eerste blok is een signaalpeptide, aangegeven met 'S'. Het volgende blok, aangegeven met 'SP' is vergelijkbaar met spondin 1-proteïne, een eiwit dat is betrokken bij het leiden van axons. De structuur van het derde blok, hiernaast aangegeven in rood, met 'H', is specifiek van reeline.

Het grootste stuk bestaat uit een herhaling van 8 ketens, de zogeheten reelin repeats ('reelineherhalingen'), die hier in geel aangegeven zijn. In hun midden hebben deze herhaalde ketens een klein peptidehormoon, aangegeven met een blauwe lijn, waardoor elke herhaalde keten uit twee subketens A en B bestaat. Ondanks deze onderbreking maken de subdomeinen rechtstreeks contact met elkaar, waardoor ze als geheel een compacte structuur vormen.[14]

Het laatste gedeelte omvat een zeer kort en basisch C-terminaal gebied (CTR), in het schema weergegeven met '+'. Bij bijna alle onderzochte gewervelde dieren (behalve vissen) kwam alleen dit laatste deel van de aminozuurketen voor 100% overeen, waarmee dit dus het meest conservatieve deel van reeline is.

Het RELN-gen, is in veel gewervelde soorten geconserveerd, waaronder de mens. De aminozuur- en nucleotidesequenties van muis en mens zijn respectievelijk 94,2% en 87,2% identiek.[15][4]

Expressie[bewerken | brontekst bewerken]

zie ook Genexpressie
Cajal-Retziuscellen zoals getekend door Cajal in 1891. De ontwikkeling van het moderne brein wordt gekenmerkt door de vorming van een afzonderlijke laag cellen waarin expressie van reeline plaatsvindt.
Vermeerderde reeline-expressie in de cortex van jonge "High LG"-ratten. Een afbeelding van Smit-Rigter et al., 2009[16]

Cajal-Retziuscellen, zenuwcellen met lange horizontale axonen, scheiden reeline af in combinatie met het eiwitproduct van het zogeheten HAR1(Human accelerated regions)-gen. Dit laatste gen heeft bij de mens een zeer sterke evolutionaire verandering doorlopen ten opzichte van de chimpansee. Dit gen wordt bij menselijke embryo's tussen de 7e en de 19e week van zwangerschap afgeschreven in de zich ontwikkelende neocortex. Reeline en HAR1 samen dragen bij aan de vorming van de typische zes-lagen structuur van de neocortex.[17]

Belangrijke expressiegebieden[bewerken | brontekst bewerken]

Reeline wordt niet uitgescheiden via de synaptische blaasjes zoals in het geval van neurotransmitters, maar verlaat de cel met exocytose door de blaasjes van het golgi-apparaat. De snelheid waarmee het eiwit vrijkomt is dus niet afhankelijk van depolarisatie, maar wordt uitsluitend bepaald door de snelheid waarmee de synthese plaatsvindt.[18] Dit geldt ook voor de afscheiding van andere eiwitten in de extracellulaire matrix.

Aan het begin van de ontwikkeling van de hersenen wordt reeline het eerst aangetroffen in de uitwendige granulaire laag en in delen van het tectum (mesencephalon), de hypothalamus en in de wervelkolom. Vervolgens vindt migratie naar de inwendige lagen plaats. Onderzoek bij de mens van embryo's en pasgeborenen toonde aan dat de cellen waarin expressie van reeline plaatsvindt voor en kort na de geboorte vooral aangetroffen worden in de marginale zone van de hersenschors en de tijdelijk aanwezige subpiale granulaire laag (SGL). Na 11 weken zwangerschap bleek in de marginale zone een laag reeline-positieve mono- of bipolaire horizontale Cajal-Retziuscellen aanwezig te zijn. Na de 14e week vormde zich in de SGL een tweede laag reeline-positieve cellen.[19] Reeline wordt in de prenatale fase afgescheiden door de in de cortex en de hippocampus aanwezige Cajal-, Retzius- en Cajal-Retziuscellen. Deze laatste verdwijnen bijna en sterven grotendeels af na 27 weken, nadat de cortex gevormd is.[2]

Bij gewervelden werd in de telencephalon reeline aangetroffen. Het expressiepatroon blijkt te variëren bij verschillende diersoorten; bij zebravissen bijvoorbeeld – die geen Cajal-Retziuscellen hebben – werd het eiwit door zenuwcellen in het hele dorsale gedeelte van het pallium geëxprimeerd.[20] Ook in de hersenschors van schubreptielen bleek de verdeling van de gebieden met reeline-expressie weer anders.[21] In de cortex en hippocampus van volwassen ratten vindt de expressie hoofdzakelijk plaats in zenuwcellen, waar synthese van gamma-aminoboterzuur (GABA) plaatsvindt en door de weinige overgebleven Cajal-Retziuscellen.[22]

Behalve in de hersenen wordt reeline ook aangetroffen in het bloed (met name bij volwassen organismen), in een deel van de pars intermedia in de hypofyse en in de bijnieren. De voornaamste bron van reeline buiten de hersenen zijn de zogenaamde stercellen van de lever.[23] De concentratie van reeline in de lever is verhoogd bij een leverbeschadiging en keert na genezing terug tot normaal niveau. Ook in de ogen wordt reeline afgescheiden, in het netvlies en het hoornvlies. Uit proeven met muizen blijkt dat de meeste expressie ervan plaatsvindt tijdens de ontwikkeling van het netvlies; net als in de lever neemt de expressie ook hier toe na verwondingen. Ten slotte wordt het eiwit ook nog 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.[24]

De moederlijke zorg (licking and grooming; LG) bleek bij jonge ratten van invloed te zijn op de dendritische structuur en functie van neuronen van bepaalde hersengebieden en ook op de expressie van allerlei genen in deze gebieden, waaronder het reeline-gen. Het feit dat dit effect zowel kan worden gestimuleerd als afgeremd, wijst erop dat het ook nog omkeerbaar is nadat de ratten eenmaal geboren zijn.[25][26]

Bij ratten neemt als gevolg van demethylering 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.[27] Bij de mens wordt de expressie van reeline na de puberteit onderdrukt door methylering van het RELN-gen.

Mechanisme[bewerken | brontekst bewerken]

Receptoren[bewerken | brontekst bewerken]

Neuroblasten binnen de rostrale migratoire stroom (RMS) worden waarschijnlijk bijeen gehouden dankzij thrombospondine-1-deeltjes die zich binden aan de receptoren ApoER en VLDLR.[28] Eenmaal aangekomen op hun plaats van bestemming worden ze door de reeline uit elkaar gedreven en gaan de cellen ieder hun eigen weg.

In 1998 werden de twee receptoren van reeline ontdekt: de lipoproteïne-receptoren ApoER2 en VLDLR. Nader onderzoek wees uit dat de hersenschorslagen van zogeheten double knockout-muizen - die beide receptoren ApoEr2 en VLDLR misten - dezelfde gebreken vertoonden als die welke bij reelermuizen werden aangetroffen. Zo werd duidelijk dat deze receptoren, die zich aan het oppervlak van de cel bevinden, een belangrijke rol spelen bij de signaaltransductie in de cellen als gevolg van binding met reeline.[29] Na binding met reeline gaan deze receptoren ook een binding aan met de intracellulaire adapter DAB1 die vervolgens gefosforileerd wordt.[30] Reelinemoleculen vormen een eiwitcomplex, het zogeheten disulfide gebonden homodimeer. Wanneer deze homodimeer niet wordt gevormd, is een goede tyrosinefosforylering van DAB1, welke nodig is voor transductie van het reelinesignaal, in vitro niet mogelijk.[31][32]

Reeline kan op twee plekken worden gesplitst zonder dat dit leidt tot een verminderde eiwitactiviteit. De centrale fragmenten kunnen zich toch binden aan de lipoproteïnereceptoren, waar ze fosforylering van het DAB1-gen in de zich ontwikkelende zenuwcellen op gang brengen en zo de rol van reeline in de zich ontwikkelende hersenschors voortzetten.[33]

Andere interacties[bewerken | brontekst bewerken]

Reeline heeft behalve met zijn receptoren en DAB-1 vele interacties met andere proteïnen. Bijvoorbeeld met integrinen die zich tijdens de vorming van de hersenschors binden aan de N-terminus van reeline, waardoor de neurale migratie wordt geremd.[34]

Reeline is een serineprotease en kan daarmee bepaalde peptideverbindingen verbreken. Hierdoor kunnen met name het verloop van de neuronale migratie en de adhesie van cellen aan fibronectine worden beïnvloed.[3]

Signaaltransductie[bewerken | brontekst bewerken]

De functie van reeline is afhankelijk van waar en wanneer in het lichaam de expressie ervan plaatsheeft. De manier waarop het centrale fragment of het volledige eiwit reeline door embryonale zenuwcellen wordt verwerkt is bepalend voor een goed verloop van de signalering en de ontwikkeling van de hersenschors.[35]

De belangrijkste reeline-signaleringscascade (ApoER2 en VLDLR) en de interactie hiervan met het fosfoproteïne LIS1. SFK: Kinasen Src-familie. JIP: MAPK8IP1.

Het centrale fragment van reeline is noodzakelijk en voldoende om de functies van reeline uit te voeren. Het is net zo efficiënt als reeline van volledige lengte bij het binden aan zijn twee receptoren VLDLR en ApoER2 en bij het induceren van Dab1-fosforylering. De proteolyse ofwel de splitsing van reeline blokkeert dus niet de functie ervan. Zowel de fragmenten als het hele reeline-eiwit worden na binding met de receptoren geïnternaliseerd en afgebroken. Wordt de splitsing van reeline geblokkeerd, dan wordt de interne adapter Dab 1 niet gefosforyleerd waardoor er een afwijking ontstaat in de corticale plaat. Het is mogelijk dat de uiteinden van het reeline-eiwit in de extracellulaire matrix blijven zitten en dat het proces van splitsen van reeline nodig is om het middelste fragment de receptoren van reeline te laten bereiken.[4]

De signaleringsroute van reeline omvat de specifieke VLDLR en ApoER2-receptoren, de intracellulaire adapter Dab1 en de twee tyrosine kinasen Src en Fyn. Reeline bindt de twee receptoren die internaliseren en clusteren tot dimeren of multimeren. Dit brengt de fosforylering van Dab1 door Src en Fyn teweeg. Het gefosforyleerde Dab 1 induceert signaaltransductie met verschillende uitkomsten. De daaropvolgende ubiquitinatie van Dab 1 heeft een negatieve regulatie tot gevolg door afbraak van dit eiwit.[4]

Zenuwstelsel[bewerken | brontekst bewerken]

Embryonale ontwikkeling[bewerken | brontekst bewerken]

Gedurende de embryonale fase speelt reeline een belangrijke rol bij de vorming van het centraal zenuwstelsel en stuurt daar de neuronale migratie aan. Bij de ontwikkeling van de hersenschors bij zoogdieren speelt reeline een zeer belangrijke rol in de allereerste fase waarin de zogeheten "preplaat" wordt opgesplitst in een oppervlakkige marginale zone en een tijdelijke subplaat. Tussen deze twee lagen bewegen de neuronen zich volgens het "inside out"-principe waarbij pas gevormde zenuwcellen naar de bovenliggende lagen migreren.[36] Dit is kenmerkend voor de hersenen van zoogdieren; in de zich ontwikkelende hersenschors van reptielen migreren de zenuwcellen net in de omgekeerde richting.[37] 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.[38] Een reelinetekort heeft bij zoogdieren dan ook tot gevolg dat de uiteindelijke volgorde van de hersenschorslagen min of meer wordt omgedraaid en hetzelfde is als in reptielen.[37]

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. Reeline-rijke gebieden worden gemeden door migrerende neuroblasten, wat erop wijst dat reeline celafstotend werkt.[39]

Volwassenheid[bewerken | brontekst bewerken]

Tijdens de volwassenheid stimuleert reeline de ontwikkeling van dendrieten[5][6] en blijft het een belangrijke rol spelen nadat de hersenen eenmaal zijn volgroeid; zo regelt het daar bijvoorbeeld de synaptische plasticiteit.[40] Het regelt ook de voortgezette migratie van nieuwe neuroblasten vanaf plekken waar tijdens de volwassenheid neurogenese plaatsvindt en blijft een belangrijke rol spelen in de twee meest actieve gebieden waar de neurogenese plaatsvindt: de subventriculaire zone en de gyrus dentatus. In de volgroeide gyrus dentatus fungeert reeline als sturingsmechanisme voor nieuwe neuronen die vanuit de subgranulaire zone in de laag granulecellen belanden.[41] In de volwassen hersenen draagt reeline voornamelijk bij aan het reguleren van de hoeveelheid afgescheiden corticale piramidecellen, de vertakking van dendrieten en de langetermijnpotentiëring.[40] Bij sommige diersoorten migreren de neuroblasten eerst in ketens vanuit de subventriculaire zone als onderdeel van de rostrale migratoire stroom naar de bulbus olfactorius, waar ze vervolgens door 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".

De beide receptoren ApoER2 en VLDLR en hun intracellulaire adapter DAB1 stimuleren in de muis de postnatale neuronale migratie zonder dat er reeline aan te pas komt en onder invloed van het eiwit trombospondine-1.[42][43]

Reeline stimuleert de differentiatie van progenitorcellen naar radiaire gliacellen en beïnvloedt de vezeloriëntatie hiervan. Hierdoor worden migrerende neuroblasten aangestuurd.[44] Dankzij deze oriëntatie worden onder meer de laag-specifieke verbindingen tussen de hippocampus en de entorinale schors door reeline geregeld.[45]

Reeline stimuleert de progenitorcellen om zich te ontwikkelen tot verschillende radiaire gliacellen, door het in gang zetten van de FABP7-afscheiding die de NOTCH1- activeert.
Reeline stuurt de groeirichting van de radiaire glia. Reeline-exprimerende cellen (rood) in afbeelding C stimuleren de groei van groene gliavezels, terwijl in afbeelding B de rode cellen geen reeline exprimeren, waardoor de radiaire glia onregelmatiger is.
Dankzij een toegenomen expressie van reeline verandert de morfologie van de migrerende zenuwcellen. In tegenstelling tot de ronde zenuwcellen met korte vertakkingen (C) nemen deze zenuwcellen een bipolaire vorm aan (D). Ook hechten ze zich (E) aan de radiaire glia-vezels die zich uitstrekken in de richting van de cellen die reeline exprimeren.
Gedurende de ontwikkeling van zenuwcellen bij zoogdieren (links) respectievelijk bij vogels (rechts) vertoont de reeline-expressie (roze) niet hetzelfde patroon.

Rol in evolutie van de hersenen[bewerken | brontekst bewerken]

Zie Evolutie (biologie) voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Een belangrijk verschil tussen zoogdieren en sauropsida, waaronder vogels, is de ontwikkeling bij de zoogdieren van de Cajal-Retzius cellen. Deze cellen zijn een speciaal soort neuronen die worden gegenereerd in de ventriculaire zone die gelegen is op de grens tussen het dorsale en ventrale telencephalon, en ook op de rand van de zich ontwikkelende cortex. Cajal-Retzius cellen zijn de belangrijkste bron van reeline. Gedurende de embryonale ontwikkeling migreren deze cellen van hun plaats van herkomst naar de marginale zone en door het afscheiden van reeline controleren ze de radiale migratie en laminaire positionering van piramidale neuronen van de corticale plaat. De vermeerderde expressie van het reeline-gen 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. Bij de lagere amniota bestaat de hersenschors slechts uit één enkele laag.[46] De reeler-mutant laat een omgekeerde gelaagdheid van de cortex zien, wat de belangrijke rol van reeline aantoont in de juiste ontwikkeling van de cortex.

Sauropsida zoals schildpadden, krokodillen, hagedissen en vogels bezitten tijdens de ontwikkeling van de cortex inderdaad schaarse cellen die reeline tot expressie brengen in het telencephalon. Deze lagere expressie van reeline is blijkbaar het gevolg van het ontbreken van Cajal-Retzius cellen in de ventriculaire zone. Er is met experimentele manipulatie aangetoond dat de toename van cellen die reeline tot expressie brengen in de dorsale cortex van vogels, de patronen van neuronale migratie wijzigen, wat suggereert dat de toename van reeline-signalering een sleutelstap was in de evolutie van de neocortex van zoogdieren.[47] Aangezien in de menselijke hersenen de Cajal-Retzius cellen een zeer uitgebreid netwerk van axonen vormen, is de expressie van reeline hier op zijn hoogst.[48][49]

In 2007 werd ontdekt dat een bepaalde variant van het gen DAB1 alleen bij de Chinese bevolking voorkomt, een aanwijzing dat het reactiepad van reeline nog steeds muteert.[50][51]

Mogelijke rol bij aandoeningen[bewerken | brontekst bewerken]

Zoals eerder aangegeven, heeft het verminderde afscheiden van reeline negatieve gevolgen voor de ontwikkeling van de hersenen, maar ook voor het functioneren van het zenuwstelsel bij volwassenen. Wanneer zich een mutatie van het reeline-gen voorgedaan heeft op het chromosoom 7 waardoor er geen of minder transcriptie plaatsvindt en geen of nauwelijks mRNA gevormd wordt, ontbreekt het eiwit reeline gedeeltelijk of helemaal. De expressie van het reeline-gen kan ook onderdrukt worden door bijvoorbeeld methylering van het gen, waardoor enzymen en andere eiwitten geen toegang meer hebben tot het gen of de bijbehorende promotor. Omdat er dan geen of nauwelijks transcriptie plaatsvindt is de hoeveelheid reeline verminderd. Daarnaast zijn er verschillende andere mechanismen waardoor expressie van reeline veranderd kan worden.

Mutatie[bewerken | brontekst bewerken]

Lissencefalie: Wanneer beide allelen van RELN gemuteerd zijn, is reeline totaal afwezig. In dat geval kan zich lissencefalie voordoen, een aandoening waarbij de kleine hersenen onderontwikkeld zijn, ook bekend als het Norman-Robertssyndrome. Mensen met dit syndroom hebben een ontwikkelingsachterstand, verminderde spierspanning, evenwichts- en coördinatiestoornissen en epileptische insulten. Hieruit blijkt dat reeline cruciaal is voor de normale ontwikkeling van de hersenen.[52][53]

Schizofrenie: Mutatie van het gen reeline kan schizofrenie tot gevolg hebben. Het reeline-gen kan een enkel-nucleotide polymorfisme bevatten, waarbij slechts een nucleotide gemuteerd is. Bij mensen met een dergelijke mutatie hebben vrouwen 1,4 keer zoveel kans op schizofrenie.[54]

Autisme is een pervasieve ontwikkelingsstoornis die zowel genetisch als door de omgeving kan worden veroorzaakt. Op genetisch vlak kan autisme gelinkt worden aan een aantal defecten van het chromosoom 7. Het reeline-gen bevindt zich eveneens op dit chromosoom. Over de rol van reeline bij autisme is echter nog weinig duidelijk. 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 alleen tegenstrijdige resultaten opgeleverd.[55]

Otosclerose: Een aandoening met een abnormale groei van een botje in het oor die doofheid tot gevolg heeft. Volgens een genoombrede associatie-studie met 550.0000 enkel-nucleotide polymorfismen speelt mutatie van het reeline-gen een rol bij otosclerose.[56] Dit wordt echter door andere studies in twijfel getrokken, maar uiteindelijk gedeeltelijk bevestigd.[57][58]

Methylering[bewerken | brontekst bewerken]

Schizofrenie: bij schizofrenie is het gen voor reeline, RELN, een bijzonder goede indicator voor de diagnose van deze mentale ziekte. Onderdrukking van RELN-expressie kan de dendritische proliferatie beperken, de neurogenese negatief beïnvloeden en kan leiden tot verkeerd aangelegde neuronale circuits. Verhoogde methylering van het RELN-gen bij patiënten met de diagnose schizofrenie veroorzaakt een belangrijke afname van de expressie van reeline. Met registratie van de mate van methylering kan het beloop van schizofrenie worden gevolgd.[59]

Een andere mogelijke oorzaak van de verminderde hoeveelheden mRNA en reeline bij schizofrenie is eveneens epigenetische hypermethylering maar dan van de reeline-gen promotor.[60] Deze bevindingen komen overeen met observaties uit de jaren '60, waaruit bleek dat het toedienen van methionine, dat bijdraagt aan de methylering van het DNA, bij schizofreniepatiënten in 60 tot 70% van de gevallen leidde tot een ernstige verergering van de symptomen van deze aandoening.[61][62][63][64] Remmers van methylering en remmers van de histone deacetylase (zoals valproïnezuur), die er normaal voor zorgt dat de histonen het DNA strakker omwikkelen, maken het RELN-gen toegankelijk voor RNA-polymerase en verhogen zo de hoeveelheid reeline-mRNA.[65][66][67]

Bipolaire stoornis: In het geval van bipolaire stoornis is de hoeveelheid reeline en GAD67, een neurotransmitter, in de basale ganglia op normaal niveau, terwijl er in de prefrontale cortex sprake is van dezelfde afwijkingen als bij schizofreniepatiënten.[59]

Temporalekwabepilepsie: Een verstoring van de neuronale migratie als gevolg van een verminderde expressie van reeline in het weefsel van de hippocampus heeft bij een deel van de patiënten rechtstreeks verband met de migratie van korrelcellen, en daarmee met epilepsie aan de temporale kwab.[68] Ook daar speelt verhoogde hypermethylering van de reeline-promotor een rol.[69][70][71]

Kanker: Bij tumoren verandert vaak het patroon van DNA-methylering. Hierdoor wordt ook het RELN-gen mogelijk beïnvloed. Volgens een studie wordt bij alvleesklierkanker de expressie van reeline onderdrukt, waardoor ook de signaaltransductie van het eiwit verstoord raakt. Bij kankercellen die het eiwit nog wel exprimeerden leidde het onderdrukken van deze expressie tot een toegenomen metastase. Bij prostaatkanker is de expressie van reeline daarentegen juist aan de hoge kant, en hangt rechtstreeks samen met een hoge Gleasonscore, wat duidt op een agressieve vorm van kanker.[52] De expressie van reeline in de borst geeft een verhoogde overlevingskans bij borstkanker. Deze wordt gedeeltelijk gecontroleerd door methylering van de promotor. Reelin is daarom in de borst een mogelijk tumorsuppressorgen tegen borstkanker.[72]

Andere oorzaken[bewerken | brontekst bewerken]

Depressie. Een verminderde hippocampale plasticiteit kan depressies in de hand werken en kan het gevolg zijn van een verminderde reeline-expressie. Dit zou tevens verband kunnen houden met de veronderstelde rol van corticosteroïden bij depressies.[73]

Ziekte van Alzheimer: De ziekte van Alzheimer gaat gepaard met een veranderd patroon van zowel de reeline-expressie als de glycosylering ervan. De in de cortex van onderzochte alzheimerpatiënten aangetroffen hoeveelheid reeline was 40% hoger dan gebruikelijk, terwijl de hoeveelheid eiwit in het cerebellum hetzelfde was als bij mensen zonder Alzheimer.[74] Het aantal Cajal-Retziuscellen in de eerste corticale laag dat reeline aanmaakt is daarentegen abnormaal laag bij Alzheimer-patiënten, waardoor de synaptogenese negatief wordt beïnvloed.[75][76]

Intracellulair amyloïde β (Aβ) in niet-gefibrilleerde globulaire vorm heeft een belangrijke rol bij het ontstaan van de ziekte van Alzheimer. De glycoproteïne reeline en het intracellulair amyloïde β (Aβ) gaan een directe eiwit-eiwit-interactie aan. Dit suggereert dat reeline kan functioneren als een afvoer voor intracellulair Aβ. Is het Aβ-reeline-complex fysiologisch inert, dan zou dit betekenen dat de neuronen van de entorinale schors met een hoog reeline-niveau beschermd zouden zijn tegen de schadelijke effecten van een verhoogde intracellulaire Aβ-expressie. Dit komt echter niet overeen met de observatie dat deze neuronen de eerste zijn die sterven wanneer het fenotype Alzheimer zich voordoet.[77]

Een tweede paradox betreft de fosforylering van het tau-eiwit. Excessieve fosforylering van tau leidt tot onoplosbare p-tau-aggregaten. De binding van reeline met Aβ vermindert het vermogen van reeline om de fosforylering van tau te induceren. Dit suggereert dat een hoge intracellulaire hoeveelheid reeline zou helpen tegen de vorming van tau-aggregaten. Dit komt echter niet overeen met de observatie dat entorinale schors-neuronen, die gekenmerkt worden door een hoog gehalte aan reeline, doorgaans de eerste zijn die deze aggregaten vormen bij de ziekte van Alzheimer.[77]

Reeline en psychofarmaca[bewerken | brontekst bewerken]

Uit post-mortem onderzoeken is gebleken dat reeline bij een groot aantal afwijkingen aan de hersenen is betrokken, waarmee het mogelijk een rol heeft als psychofarmaceutisch geneesmiddel.

Van valproïnezuur, dat een inhibitor is van histone deacetylase, wordt gedacht dat het een positieve werking heeft 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 verhoogde reeline-expressie als gevolg van valproïnezuur.[78] De resultaten van het betreffende experiment waren als volgt:

Reeline-expressie Clozapine Fluoxetine Haloperidol Lithium Olanzapine Valproïnezuur
proteïne
mRNA

In een nieuwe studie van Fatemi et al. werd behalve de corticale expressie van reeline ook die van VLDLR, DAB1, GSK3beta, GAD65 en GAD67 gemeten.[79]

Literatuur[bewerken | brontekst bewerken]

Externe links[bewerken | brontekst bewerken]

Commons heeft mediabestanden in de categorie reeline.


Figuren en afbeeldingen[bewerken | brontekst bewerken]

Categorie:Proteïne
Categorie:Fysiologie
Categorie:Signaaloverdracht in cellen
Categorie:Hersenen