Активность нейронов опосредует формирование нейронных цепей в коре головного мозга. Эти процессы регулируются фактором транскрипции CREB, который регулирует экспрессию генов в процессах, зависящих от активности нейронов. Активность нейронов усиливает CREB-опосредованную транскрипцию, но механизмы остаются неясными.
CREB связывается с элементом ответа цАМФ (CRE) в промоторной области своих генов-мишеней. Сборка и разборка взаимодействий CREB-CRE контролируют пространственно-временную экспрессию генов в ядре. Однако, как CREB взаимодействует с CRE в механизмах, зависящих от активности, неизвестно.
В новом исследовании Университета Осаки, проведенном Нобухико Ямамото, Хиронобу Китагава, Нориюки Суго и его коллеги, изучали, как активность нейронов влияет на динамику CREB. Конструкции CREB с флуоресцентными метками экспрессировали в первичных кортикальных нейронах и визуализировали путем окрашивания фиксированных клеток. Одиночные молекулы CREB преимущественно обнаруживались в ядре, а некоторые наблюдались в местах, где происходила транскрипция генов.
Движение одиночных молекул CREB в живых нейронах коры отслеживалось с помощью визуализации в реальном времени. Интересно, что некоторые молекулы CREB исчезли почти сразу, в то время как часть оставалась в том же месте в течение более длительного времени. Используя мутантные формы CREB, которые не могут связываться с CRE, исследователи показали, что эти молекулы CREB взаимодействуют с CRE.
Чтобы исследовать, как активность нейронов влияет на взаимодействия CREB-CRE и последующую транскрипцию генов, авторы обрабатывали корковые нейроны фармакологическими агентами, которые изменяют активность нейронов. Активность нейронов не влияла на время нахождения CREB в ядре.
Затем группа исследователей изучила, регулирует ли нейронная активность пространственное распределение CREB в ядре. Они стимулировали нейроны коры и отслеживали локализацию CREB с помощью визуализации в реальном времени. Интересно, что количество мест, где CREB находился в течение длительного времени, значительно увеличилось после активации нейронов. Эти результаты показали, что активность нейронов увеличивает взаимодействия CREB-CRE в ядре.
Полученные данные позволяют по-новому взглянуть на регуляцию экспрессии генов нейрональной активностью. Основываясь на результатах этого исследования, нейронная активность может вносить вклад в CREB-зависимую экспрессию гена за счет увеличения связывания CREB с конкретными геномными сайтами.