Генератор схем сигнального пути Notch
Схемы сигнального пути Notch между двумя клетками, от связывания лиганда и разрезов ADAM10 и γ-секретазы до NICD и CSL (RBPJ) на генах HES и HEY, плюс латеральное ингибирование и T-ОЛЛ. Сделаны для клеточной биологии.
Примеры схем сигнального пути Notch
Реальные рендеры четырёх промптов о сигнальном пути Notch: схема со всеми подписями, общая схема с пятью подписями, латеральное ингибирование во внутреннем ухе и пустой лист. Щелчок загружает промпт для редактирования.
Две клетки в контакте, два разреза Notch
Читается сверху вниз: от клетки-отправителя до ядра.
- 1
DLL1 → рецептор Notch
Лиганд клетки-отправителя связывает Notch клетки-получателя.
- 2
Эндоцитоз лиганда
Отправитель поглощает связанный лиганд и тем самым тянет Notch.
- 3
Разрезы S2 и S3
ADAM10 режет снаружи мембраны, γ-секретаза — внутри.
- 4
NICD, CSL (RBPJ), MAML
NICD входит в ядро и вместе с CSL и MAML включает HES1 и HEY1.
Кто сохранил Delta, станет волосковой клеткой
Слева направо: от клетки A к клетке B.
- 1
Delta на A → Notch на B
Клетка A с высоким Delta активирует Notch соседней клетки B.
- 2
NICD → HES1
NICD, освобождённый в клетке B, включает HES1.
- 3
HES1 и ген Delta
HES1 снижает собственный Delta клетки B, и разница растёт.
Схемы Notch: от строения рецептора до болезней
Схемы выше показывают одну пару лиганд–рецептор и латеральное ингибирование во внутреннем ухе, а таблица ниже сравнивает Notch с Wnt. Вот другие схемы Notch, которые рисуют в статьях по биологии развития, сосудистой биологии и гематологии.
Доменное строение рецептора Notch
Рецептор в виде линейной карты, N-конец снаружи. Внеклеточная часть: длинный ряд EGF-подобных повторов, 36 у NOTCH1, с сайтом связывания лиганда в повторах 11–12; затем негативный регуляторный район — три повтора Lin12–Notch и домен гетеродимеризации, — который прячет сайт S2, пока лиганд не потянет. Внутриклеточная часть: домен RAM и семь анкириновых повторов, связывающих CSL, сигналы ядерной локализации и C-концевой домен PEST. Отметьте на карте три разреза: S1 фурином, S2 ADAM10, S3 γ-секретазой внутри трансмембранного домена.
Латеральная индукция и формирование границ
Противоположность латеральному ингибированию со второй схемы: активация Notch повышает уровень лиганда, обычно JAG1, в клетке-получателе, так что сигнал распространяется и целое поле клеток принимает одну судьбу; стандартные примеры — просенсорный домен внутреннего уха и гладкомышечные слои артерий. На границе Fringe заставляет Notch в дорсальных клетках отвечать на Delta, а не на Serrate, и передача сигнала ограничивается линией, как на дорсовентральной границе крылового имагинального диска дрозофилы.
Концевые и стеблевые клетки в ангиогенезе
Прорастающий сосуд с двумя эндотелиальными клетками. VEGF-A через VEGFR2 повышает DLL4 в ведущей концевой (tip) клетке; DLL4 активирует NOTCH1 в стеблевой (stalk) клетке позади неё, что снижает VEGFR2 и повышает VEGFR1, поэтому эта клетка остаётся позади и делится, строя стебель. JAG1 в стеблевых клетках конкурирует с DLL4 и сохраняет отбор динамичным. Блокада DLL4 даёт много концевых клеток и густое сплетение сосудов, по которым почти не идёт кровь.
NOTCH1 в тимусе и при Т-ОЛЛ
Две панели. В тимусе DLL4 кортикального эпителия активирует NOTCH1 в пришедших предшественниках и направляет их в Т-клеточную линию, а не в В-клеточную. При Т-клеточном остром лимфобластном лейкозе (Т-ОЛЛ) тот же рецептор застревает во включённом состоянии: нанесите мутации на карту рецептора — мутации домена гетеродимеризации, позволяющие расщепление без лиганда, укорачивающие мутации PEST и потерю FBXW7, которые не дают NICD разрушаться. Редкая транслокация t(7;9) ставит укороченный NOTCH1 под контроль локуса β-цепи Т-клеточного рецептора.
Notch в кишечной крипте
Notch выбирает между двумя линиями кишечного эпителия. Клетки Панета предъявляют DLL1 и DLL4 соседним стволовым клеткам Lgr5⁺ и клеткам-предшественникам; в клетках с включённым Notch HES1 подавляет ATOH1, и они становятся всасывающими энтероцитами, а клетки с выключенным Notch экспрессируют ATOH1 и становятся бокаловидными, клетками Панета или энтероэндокринными. Блокада γ-секретазы переводит крипту на бокаловидные клетки — это механизм диареи в испытаниях ингибиторов γ-секретазы.
Наследственные заболевания пути Notch
Каждый синдром — на своём узле. Синдром Алажиля: в основном JAG1, немного мутаций NOTCH2; недостаточность желчных протоков, пороки сердца вроде периферического стеноза лёгочной артерии, позвонки-«бабочки» и задний эмбриотоксон. CADASIL: мутации NOTCH3, меняющие число цистеинов в EGF-подобном повторе, в гладких мышцах сосудов; подкорковые инсульты, мигрень с аурой и деменция. Синдром Хайду–Чейни: укорачивающие мутации NOTCH2, удаляющие домен PEST. Спондилокостальный дизостоз: DLL3 и другие гены часов сегментации сомитов. Мутации NOTCH1 встречаются также при двустворчатом аортальном клапане и кальцинозе аортального клапана.
Что такое сигнальный путь Notch?
Сигнальный путь Notch — контактно-зависимый путь: лиганд Delta-like или Jagged на одной клетке связывает рецептор Notch соседней клетки, ADAM10 и γ-секретаза разрезают рецептор, а освободившийся внутриклеточный домен (NICD) уходит в ядро и вместе с CSL (RBPJ) и MAML включает гены HES и HEY. Сигнал несёт сам фрагмент рецептора — без каскада киназ и без вторичного посредника.
Коротко
- У млекопитающих четыре рецептора Notch и пять канонических лигандов. NOTCH1–4 активируются лигандами Delta-like DLL1 и DLL4 и лигандами Jagged JAG1 и JAG2; DLL3 действует в основном через цис-ингибирование, а не активирует Notch.
- Notch разрезается трижды. Фурин расщепляет новый рецептор по сайту S1 в аппарате Гольджи, образуя зрелый гетеродимер; после связывания лиганда ADAM10 режет по S2 сразу снаружи от мембраны, а γ-секретаза, каталитическая субъединица которой — пресенилин, режет по S3 внутри мембраны и освобождает NICD.
- Лиганд должен тянуть. Одного связывания мало: убиквитинлигазы Mindbomb или Neuralized метят связанный лиганд, клетка-отправитель поглощает его эндоцитозом, и это натяжение разворачивает негативную регуляторную область рецептора, открывая ADAM10 доступ к сайту S2.
- CSL (RBPJ) работает как переключатель. Без NICD он сидит на генах-мишенях с корепрессорами и гистондеацетилазами; NICD вытесняет их и привлекает MAML и гистонацетилтрансферазы, например p300, чтобы включить HES1, HES5, гены HEY и MYC.
- Каждый сигнал короткий. CDK8 фосфорилирует PEST-домен NICD, а убиквитинлигаза FBXW7 направляет его на деградацию, и путь возвращается в исходное состояние; мутации PEST или FBXW7, которые этому мешают, часто встречаются при Т-клеточном остром лимфобластном лейкозе.
Участники сигнального пути Notch и их функции
Молекулы, которые обычно показывает схема пути Notch с подписями, в том порядке, в котором через них проходит сигнал. Это набор подписей по умолчанию, если вы не попросите более короткий.
| Участник | Функция | Где рисовать |
|---|---|---|
| DSL-лиганд (DLL1, DLL4, JAG1, JAG2) | Трансмембранный лиганд, связывающий Notch на соседней клетке | В мембране клетки-отправителя, обращён к щели между клетками |
| Mindbomb или Neuralized | Убиквитинлигазы, метящие связанный лиганд для эндоцитоза, который тянет рецептор | Внутри клетки-отправителя, у хвоста лиганда |
| Рецептор Notch (NOTCH1–4) | Рецептор с одним трансмембранным участком; после разреза S1 фурином — гетеродимер | Пронизывает мембрану клетки-получателя |
| Fringe | Гликозилтрансфераза аппарата Гольджи, удлиняющая O-фукозу на EGF-повторах Notch и повышающая чувствительность к Delta по сравнению с Jagged | В аппарате Гольджи клетки-получателя (по желанию) |
| ADAM10 (разрез S2) | Металлопротеаза, отщепляющая внеклеточный домен, когда натяжение открывает сайт S2; остаётся NEXT | Сразу снаружи от мембраны клетки-получателя |
| γ-Секретаза (разрез S3) | Внутримембранная протеаза (пресенилин, никастрин, PEN-2, APH-1), разрезающая NEXT и освобождающая NICD | В толще липидного бислоя |
| NICD | Внутриклеточный домен Notch; сам переносит сигнал в ядро | Стрелка от мембраны через цитоплазму в ядро |
| CSL (RBPJ) с корепрессорами | ДНК-связывающий белок, который держит гены-мишени выключенными, пока нет NICD | На ДНК в ядре |
| MAML (Mastermind-like) | Коактиватор, которого привлекают NICD и CSL; приводит p300 | Над NICD и CSL на ДНК |
| Гены HES и HEY | Главные мишени; кодируют репрессоры, через которые Notch действует | Под комплексом, в самом низу |
Сколько терминов нужно, зависит от курса. На вводном уровне достаточно лиганда, рецептора, NICD и генов-мишеней; курс клеточной биологии добавляет ADAM10, γ-секретазу, CSL (RBPJ) и MAML, продвинутые курсы — фурин, Fringe и Mindbomb. Источники расходятся в том, какой фермент режет по S2: ADAM17 разрезает Notch в пробирке, но индуцированное лигандом расщепление в живых клетках зависит от ADAM10.
Путь Notch и путь Wnt: в чём разница?
Пути Notch нужен прямой контакт: мембранный лиганд запускает разрезы рецептора соседней клетки, и в ядро уходит сам фрагмент рецептора; канонический путь Wnt использует секретируемый лиганд, который спасает β-катенин от комплекса деградации. Оба пути определяют судьбу клеток в развитии и в стволовых клетках, и оба нарушаются при раке.
| Путь Notch | Путь Wnt (канонический) | |
|---|---|---|
| Лиганд | Мембранные DSL-лиганды: DLL1, DLL4, JAG1, JAG2 | Секретируемые липидированные гликопротеины WNT — 19 у человека |
| Радиус действия | Контактно-зависимый (юкстакринный): только соприкасающиеся клетки | Короткий и дальний, в виде градиента вокруг источника |
| Рецептор | NOTCH1–4 с одним трансмембранным участком | Один из 10 рецепторов Frizzled с корецептором LRP5/6 |
| Как передаётся сигнал | Протеолиз: S2 — ADAM10, S3 — γ-секретаза | Комплекс деградации (APC, аксин, GSK3, CK1) выключается |
| Посредник в ядро | NICD — фрагмент рецептора | β-катенин — цитоплазматический белок, избежавший деградации |
| Партнёр в ядре | CSL (RBPJ) с MAML | TCF/LEF |
| Выключенное состояние | CSL (RBPJ) подавляет мишени вместе с корепрессорами | β-катенин фосфорилируется и разрушается протеасомой |
| Характерная опухоль | Мутации NOTCH1 более чем в 50 % случаев Т-ОЛЛ | Мутация в пути Wnt примерно в 90 % спорадических колоректальных раков |
Рисуйте Notch как две соприкасающиеся клетки с лигандом, закреплённым в мембране, а Wnt — с лигандом, свободно лежащим в пространстве между клетками. Пути взаимодействуют (NICD может влиять на путь Wnt), но их ядерные партнёры не смешивайте: CSL у Notch, TCF/LEF у Wnt.
Частые вопросы о сигнальном пути Notch
Что должно быть на схеме сигнального пути Notch с подписями?
Стандартный набор — клетка-отправитель с DSL-лигандом (Delta-like или Jagged), клетка-получатель с рецептором Notch, разрез S2 ферментом ADAM10, разрез S3 γ-секретазой, освобождённый NICD, а в ядре — CSL (RBPJ), MAML и гены-мишени HES/HEY. Многие рисунки добавляют разрез S1 фурином в аппарате Гольджи и корепрессоры, связанные с CSL до прихода NICD.
Из каких этапов состоит передача сигнала Notch?
Пять этапов: лиганд одной клетки связывает Notch соседней; клетка-отправитель поглощает лиганд эндоцитозом и тянет; ADAM10 разрезает Notch по S2; γ-секретаза разрезает его по S3 внутри мембраны; NICD входит в ядро и вместе с CSL (RBPJ) и MAML включает гены-мишени. Ещё раньше фурин один раз разрезал новый рецептор — по S1 в аппарате Гольджи.
Что делает γ-секретаза в пути Notch?
γ-Секретаза делает последний разрез, S3, внутри мембраны и отделяет NICD от остатка, который оставляет ADAM10. Это комплекс из четырёх частей — пресенилин 1 или 2 как каталитическая субъединица, никастрин, PEN-2 и APH-1, — который также расщепляет белок-предшественник амилоида, связанный с болезнью Альцгеймера.
Что такое латеральное ингибирование в пути Notch?
Латеральное ингибирование делит группу равноценных клеток между двумя судьбами: клетка, выставившая чуть больше Delta, активирует Notch у соседей, сигнал Notch снижает их собственный Delta, и разница растёт, пока первая клетка не выберет одну судьбу, а соседи — другую. Во внутреннем ухе так каждая волосковая клетка оказывается окружена поддерживающими.
Что такое цис-ингибирование Notch?
Цис-ингибирование — это блокировка Notch лигандом собственной клетки: лиганд Delta или Jagged в той же мембране связывает рецептор и не даёт ему отвечать на лиганды соседей. DLL3, по-видимому, действует только так; вместе с активацией в транс это переводит клетку в чёткое состояние отправителя или получателя.
Как Fringe влияет на Notch?
Ферменты Fringe — Lunatic, Manic и Radical Fringe — в аппарате Гольджи удлиняют O-фукозные цепи на EGF-повторах Notch, и NOTCH1 начинает сильнее отвечать на лиганды Delta-like, чем на Jagged. Эта модификация тонко настраивает сигнал; для созревания рецептора она не нужна.
Какую роль играет путь Notch при раке?
Активирующие мутации NOTCH1 находят более чем в 50 % случаев Т-клеточного острого лимфобластного лейкоза (Т-ОЛЛ), чаще всего в домене гетеродимеризации, из-за чего рецептор срабатывает без лиганда, и в PEST-домене, из-за чего NICD не разрушается. В других тканях, например при плоскоклеточном раке, Notch, наоборот, работает как опухолевый супрессор.
Для чего применяют ингибиторы γ-секретазы?
Ингибиторы γ-секретазы (GSI) блокируют разрез S3 и тем самым выключают сигнал Notch; в ноябре 2023 года FDA одобрило один из них, нирогацестат, для прогрессирующих десмоидных опухолей. Раннее исследование GSI при Т-ОЛЛ остановили из-за тяжёлой диареи: слизистая кишечника зависит от Notch, а у фермента много субстратов помимо Notch.
Источники
- Signaling by NOTCH1 — pathway R-HSA-1980143 — Reactome
- Notch signaling pathway — KEGG PATHWAY hsa04330 — KEGG
- Notch signaling pathway: architecture, disease, and therapeutics (Zhou et al., 2022) — Signal Transduction and Targeted Therapy
- FDA approves nirogacestat for desmoid tumors (2023) — U.S. Food and Drug Administration
Продолжить изучение
Другие наши инструменты для схем и руководства к ним.
Нарисуйте сигнальный путь Notch
От одной строки описания до подписанной схемы пути, готовой к печати, — около минуты.
Начать