Las neurogeninas , a menudo abreviadas como Ngn , son una familia de factores de transcripción bHLH implicados en la especificación de la diferenciación neuronal. La familia formada por Neurogenina-1, Neurogenina-2 y Neurogenina-3 juega un papel fundamental en la especificación de células precursoras neurales y en la regulación de la diferenciación de las neuronas durante el desarrollo embrionario. Es una de las muchas familias de genes relacionadas con el gen atonal en Drosophila . Otros reguladores positivos de la diferenciación neuronal que también se expresan durante el desarrollo neuronal temprano incluyen NeuroD y ASCL1 . [1]
Las neurogeninas gobiernan principalmente la transición de células progenitoras neurales a neuronas mediante la activación de genes específicos asociados con la diferenciación neuronal. Su participación abarca varias etapas de la neurogénesis , incluida la determinación de la identidad del progenitor neural, la salida del ciclo celular y la adquisición de características neuronales. En particular, las neurogeninas influyen en la especificación de diferentes subtipos neuronales, contribuyendo a la diversa gama de neuronas dentro de los sistemas nerviosos central y periférico . [2]
En las células de la cresta neural , la familia de las neurogeninas es esencial para la neurogénesis en los ganglios de la raíz dorsal en desarrollo y el desarrollo del linaje sensorial. [3] [4]
La actividad de las neurogeninas está intrincadamente regulada por vías moleculares y señales ambientales. La interacción con otros factores de transcripción , como los factores proneurales y la señalización de Notch, refina aún más las cascadas neurogénicas. Sus patrones de expresión espaciotemporal y su regulación cruzada contribuyen a la exquisita precisión necesaria para un desarrollo neuronal adecuado. [5] [6]
Las neurogeninas tienen implicaciones importantes para la investigación clínica, particularmente en el contexto de los trastornos del neurodesarrollo y la regeneración neurológica. [7] Las aberraciones en la expresión o regulación de las neurogeninas se han relacionado con afecciones como los trastornos del espectro autista y las enfermedades neurodegenerativas . [8] La investigación en curso continúa explorando el potencial terapéutico de manipular la actividad de Neurogenin para la reparación y regeneración neuronal.
La neurogenina 1 (Ngn1) es un factor de transcripción de hélice-bucle-hélice básica (bHLH) de clase A que actúa como regulador de la diferenciación neuronal y actúa uniéndose a elementos reguladores potenciadores de genes que codifican reguladores transcripcionales de la neurogénesis . Para que Ngn1 se una con alta fidelidad al ADN genómico , debe dimerizarse con otra proteína bHLH . [9] Ngn1 es un gen proneural porque su expresión se observa antes de la determinación del linaje neuronal , lo que indica que desempeña un papel en la diferenciación neuronal. [1]
En ratas E14, cuando Ngn1 está presente en la corteza cerebral , se une al complejo coactivador transcripcional CBP / p300 / Smad1 , que lo recluta en la caja potenciadora aguas arriba del gen en el promotor de genes neuronales. La unión de Ngn1 a la caja potenciadora induce al factor de transcripción NeuroD a unirse a sus propias cajas potenciadoras, induciendo los genes implicados en la diferenciación neuronal. [10]
La señalización de la proteína morfogenética ósea (BMP) es responsable de la expresión de los coactivadores transcripcionales CBP, p300 y Smad1. [10] En presencia de Ngn1, las BMP promueven la diferenciación neuronal en las células madre mediante la unión de todos los CBP/p300/Smad1 endógenos a Ngn1 y su reclutamiento hacia los promotores neuronales, lo que provoca la diferenciación neuronal. [10] En el prosencéfalo embrionario , Ngn1 está asociado con el patrón dorsal y la especificación del destino celular, con las moléculas de patrón y las proteínas proneurales que establecen los dominios espaciales de la expresión de proteínas tanto proneurales como de homeodominio . Esto es fundamental para el inicio de la neurogénesis. [11]
En presencia de Ngn1, la vía del factor inhibidor de la leucemia (LIF) es inhibida por Ngn1 que bloquea la activación de STAT . Normalmente, el sitio de unión de STAT promueve la transcripción de GFAP mediante la unión del complejo STAT1/3, que se activa a través de la vía LIF. [10]
Además de apoyar la diferenciación neuronal, cuando se expresa en el tejido neural embrionario, Ngn1 también actúa para inhibir la diferenciación glial . [12] En ausencia de Ngn1, el complejo coactivador transcripcional CBP/p300/Smad1 se recluta y se une a STAT1/3 activado, lo que a su vez provoca la expresión de GFAP, lo que provoca la diferenciación glial. En presencia de Ngn1, la inhibición de la gliogénesis se produce mediante la unión de Ngn1 al complejo coactivador transcripcional CBP/p300/Smad1, reclutándolo lejos de STAT1/3. [10]
En casos de niveles bajos de Ngn1, las BMP promueven la diferenciación glial. Dado que Ngn1 es el factor limitante, CBP/p300/Smad1 puede interactuar con STAT1/3 e inducir la gliogénesis. [10]
La activación de la vía notch provoca la inhibición de genes proneurales bHLH, como Ngn1, lo que permite que CBP/p300/Smad1 interactúe con STAT1/3 e induzca la gliogénesis. [10] Junto con la rata embrionaria, también se observó en el pez cebra que la represión de Ngn1 por Notch promueve el linaje glial en la cresta neural y la formación del sistema nervioso central a través de la inhibición de la diferenciación neuronal. [1] [13] Además de que la vía de Notch activa los factores transcripcionales involucrados en la promoción de la gliogénesis, es posible que estos mismos factores estén involucrados en la inhibición de otros destinos.
En ausencia de Ngn1, la vía LIF puede activar STAT1/3, lo que permite la promoción de la transcripción de GFAP a través del sitio de unión de STAT. La promoción de la transcripción de GFAP indujo la diferenciación glial. [10]
La neurogenina 2 (Ngn2) es un factor de transcripción bHLH implicado tanto en la neurogénesis como en la especificación neural. Esta proteína se une a elementos reguladores de la caja potenciadora en los promotores de muchos genes relacionados con la neurogénesis y la especificación neuronal. Para una unión suficiente al ADN, Ngn2 debe formar un dímero con una proteína potenciadora. [14]
Ngn2 es un factor de transcripción que aumenta la expresión de genes proneurales e impulsa el destino neuronal al inhibir la expresión de genes gliales en células progenitoras neuronales (NPC). Esto se observó en ratones que carecían de Ngn2 y mash-1 (otro factor de transcripción proneural bHLH), que tienen más glía en la corteza y una menor capacidad para generar neuronas. La expresión de Olig2 en lo que se convertirá en NPC precede a Ngn2 y promueve su expresión. [10] Durante el cambio del destino de progenitor neural al destino glial, Ngn2 se regula negativamente y Nkx2.2 , que inhibe los genes proneurales, se regula positivamente. [15] El cambio del destino glial se redujo al inhibir Nkx2.2 y Olig2 en progenitores neuronales al tiempo que se permitía la expresión de Ngn2. La capacidad de Olig2 para inducir la expresión de Ngn2 se reduce cuando se expresa Nkx2.2. [dieciséis]
Los ratones que carecen de Ngn2 tienen menos neuronas motoras e interneuronas ventrales , lo que indica que Ngn2 desempeña un papel en la especificación de estas neuronas. [17]
El complejo de proteína potenciadora/Ngn2 heterodimerizado puede unirse a cajas potenciadoras para promover la transcripción de genes relacionados con un destino neuronal no especificado. [17]
Cuando una caja potenciadora de un promotor que ha estado unida por el complejo Ngn-2/proteína potenciadora también está unida por un dímero del interactor LIM nuclear adaptador (NLI) unido a dos proteínas homeobox 3 (Lhx3) de LIM, genes relacionados con V2 Se expresa la identidad interneuronal. [17]
Un dímero del adaptador NLI unido a dos proteínas del islote 1 (Isl1) y cada Isl1 está unido a Lhx3 se denomina complejo de transcripción LIM-homeodominio (LIM-HD). Cuando una caja potenciadora de un promotor se ha unido al complejo heterodimerizado Ngn2/proteína E, el complejo de transcripción LIM-HD puede unirse para impulsar la expresión de genes relacionados con el destino de las neuronas motoras, pero solo si Ngn2 se ha fosforilado adecuadamente. . [17]
Ngn2 tiene dos serinas , S231 y S234, que pueden ser fosforiladas por la glucógeno sintasa quinasa 3 (Gsk3). La fosforilación de Ngn2 permite la interacción con proteínas del homeodominio LIM, lo que conduce al destino neural ventral y a la especificación de la neurona motora. [18] La importancia de esta fosforilación se determinó mediante el uso de ratones que expresan una forma mutada de la proteína Ngn2 que tiene las serinas de los sitios de fosforilación mencionados anteriormente mutadas en alaninas , que no pueden fosforilarse. Estos ratones mutantes tienen una cantidad reducida de neuronas motoras y una cantidad mayor de interneuronas V2, lo que sugiere que la fosforilación es necesaria para impulsar la expresión de genes relacionados con el destino de las neuronas motoras, pero no el destino de las interneuronas V2 y el destino neuronal no especificado. [17]
La neurogenina 3 (Ngn3) es otro miembro de la familia de factores de transcripción bHLH. Ngn3 funciona en la diferenciación de las células endocrinas del páncreas . Aunque su función clave está en el páncreas, las células intestinales y las células neurales también expresan Ngn3. Varios estudios han destacado la importancia de Ngn3 para la diferenciación de células endocrinas. En ratones, Ngn3 está presente en las células cuando el páncreas comienza a brotar y se forman células de glucagón . Hay varias vías por las que funciona Ngn3. [19] [20] [21] [22]
Ngn3 es un componente crucial en el desarrollo pancreático y desempeña un papel de apoyo en el desarrollo de células intestinales y neuronales. Los estudios han demostrado que la eliminación de Ngn3 en ratones provoca la muerte poco después del nacimiento, posiblemente debido a las secuelas de la diabetes grave. [19] Se están realizando más estudios para investigar el posible papel de Ngn3 como tratamiento para la diabetes y la regeneración de células en el páncreas. [19] [21]
La neurogenina 3 (NGN3) se expresa en un 2-10% de las células acinares y de los conductos en el páncreas humano adulto histológicamente normal. Las células NGN3+ aisladas de tejido exocrino cultivado mediante la glicoproteína CD133 de la superficie celular coexpresada tienen un transcriptoma compatible con la desdiferenciación exocrina, un fenotipo que se asemeja a las células progenitoras endocrinas durante el desarrollo y una capacidad de diferenciación endocrina in vitro. [23] Las células exocrinas humanas [24] y de roedores [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] han sido reprogramadas en células con un fenotipo similar a las células de los islotes siguiente expresión directa de NGN3 o manipulación que conduzca a su expresión.
El desarrollo del páncreas se divide en tres fases, fase primaria, fase secundaria y fase terciaria. Ngn3 está activo en la fase primaria y secundaria. En la fase primaria, Ngn3 ayuda a la diferenciación de las células α y en la fase secundaria, otra onda de Ngn3 ayuda a la diferenciación de las células β , las células polipeptídicas pancreáticas y las células δ . La diferenciación se marca como completa después de la fase secundaria. Ngn3 permite el compromiso de las células progenitoras pancreáticas para convertirse en un proprecursor endocrino multipotente. [19]
La vía Notch es uno de los moduladores clave de Ngn3. La unión de Delta y Serrate, ligandos de activación de la vía Notch, activa la molécula de superficie de Notch. Esto permite que el dominio intracelular de Notch active RBK-Jκ para que se transloque al núcleo. Este complejo luego activa las proteínas de tipo peludas y potenciadoras de división (HES), que son inhibidores de Ngn3. Las células que permiten la entrada del complejo Notch/RBK-Jκ son las que no se diferenciarán en células pancreáticas porque se suprime Ngn3. Es importante mencionar que Ngn3 tiene tres sitios de unión a HES1 adyacentes a la secuencia de la caja TATA que permiten la regulación de este factor de transcripción. [19]
Ngn3 también puede activar el factor de diferenciación neurogénica 1 (NeuroD1) como la mayoría de los demás miembros de su familia a través de las cajas potenciadoras presentes en su estructura. Dado que NeuroD1 se expresa junto con Ngn3 en células en diferenciación, se considera uno de los factores de transcripción objetivos posteriores. [19]
Otro objetivo importante es el gen de caja emparejada 4 (Pax4), que desempeña un papel importante en la diferenciación de las células β y δ. Ngn3 trabaja de la mano con HNF1α para activar el promotor Pax4 para inducir la diferenciación celular específica. [19]
Otro factor de transcripción que puede ser un objetivo posterior de Ngn3 es Nkx2.2 porque a menudo se coexpresa con él. Los estudios han demostrado que la alteración de la expresión de Nkx2.2 produce problemas con la diferenciación de las células α y β. [20] [21]