DSCAM e Dscam son as abreviaturas do nome en inglés da proteína Down syndrome cell adhesion molecule (molécula de adhesión celular da síndrome de Down). Nos humanos DSCAM refírese ao xene que codifica unha das varias isoformas proteicas situado no cromosoma 21.
A síndrome de Down, causada pola trisomía 21, é o defecto conxénito máis común asociado coa discapacidade intelectual. A DSCAM exerce un papel crucial no desenvolvemento de dita síndrome: exprésase no sistema nervioso en desenvolvemento, e o seu maior nivel de expresión ocorre no cerebro fetal. Cando se sobreexpresa no sistema nervioso central en desenvolvemento do feto, orixina a síndrome de Down.
Un homólogo da proteína Dscam na mosca Drosophila melanogaster ten 38.016 isoformas de empalme alternativo orixinándose a partir de catro grupos de exóns variables (12, 48, 33 e 2 alternativas, respectivamente). En comparación, o xenoma completo de Drosophila melanogaster só ten 15.016 xenes. Esta gran diversidade de isoformas orixinadas por empalme alternativo do xene Dscam1 de D. melanogaster permite que cada neurona da mosca presente un conxunto único de proteínas Dscam na superficie celular. A interacción de Dscam estimula mecanismos de autoevitación neuronal que son esenciais para o desenvolvemento normal dos circuítos neurais.
Historia/descubrimento A estrutura da proteína DSCAM está conservada, con aproximadamente máis do 20 % de identidade de aminoácidos entre os deuteróstomos e protóstomos, e supoñendo un xene homólogo ancestral, a orixe do xene DSCAM situaríase hai >600 millóns de anos. Desde entón, o xene DSCAM foi duplicado polo menos unha vez en vertebrados e insectos.
DSCAM identificouse cando se caracterizaban proteínas localizadas na banda cromosómica humana 21q22, unha rexión que se sabe é fundamental na síndrome de Down. O nome molécula de adhesión celular da síndrome de Down elixiuse por varias razóns: 1) localización cromosómica, 2) a súa expresión (normal) apropiada no desenvolvemento do tecido neural, e 3) a súa estrutura como receptor de Ig relacionado con outras moléculas de adhesión celular (CAMs).
Xene O xene DSCAM identificouse na rexión crítica para a síndrome de Down. Predise que Dscam sexa unha proteína transmembrana e un membro da superfamilia das inmunoglobulinas (Ig) de moléculas de adhesión celular. Exprésase no sistema nervioso en desenvolvemento e o seu maior nivel de expresión prodúcese no cerebro fetal. Cando se sobreexpresa no sistema nervioso central en desenvolvemento do feto, orixina a síndrome de Down. Diversas glicoproteínas da superficie celular e da matriz extracelular, que operativamente se chaman "moléculas de adhesión" son importantes na especificación das interaccións celulares durante o desenvolvemento, así como no mantemento e rexeneración do sistema nervioso.
Outro xene similar a DSCAM, o DSCAML1, está localizado na banda cromosómica 11q23, un locus asociado ás síndromes de Gilles de la Tourette e de Jacobsen.
En artrópodos producíronse algúns cambios intrigantes na estrutura do xene DSCAM, nos cales varias duplicacións de exóns xeraron tres grandes conxuntos en tándem que sofren empalme alternativo. Este empalme alternativo de secuencias exónicas individuais dentro deste conxunto en tándem ocorre dun xeito mutuamente exclusivo e combinatorio, o que dá lugar á expresión de decenas de miles de isoformas de Dscam. Nos xenomas de artrópodos estes tres grandes conxuntos de exóns codifican a metade N-terminal dos dominios segundo e terceiro de Ig e o dominio Ig7 completo. As diferentes estruturas destas isoformas causan diferenzas nas interaccións de unión entre moléculas. As estruturas cistalinas de dúas isoformas de D. melanogaster (soamente cos primeiros catro dominios de Ig), D9.9 e D1.34 () mostran grandes variacións nos seus epítopos de unión e interfaces de dimerización e conformacións. Gran parte da diferenza encóntrase no bucle do dominio Ig3.
Comparando a homoloxía entre xenes e o seus produtos, é fundamental na comprensión das relacións filoxenéticas na liña evolutiva. Ademais de miles de isoformas que se poden formar a patir dunha soa DSCAM dunha especie, o xene DSCAM tamén demostra un conxunto diverso de homoloxías entre especies. Abaixo indícanse os xenes, os tanscritos de ARNm, e as proteínas identificadas como homólogas da molécula de adhesión celular da sindrome de Down. + HomólogosEspeciesXeneARNmProteína Homo sapiens DSCAM NM_001389.3 NP_001380.2 Pan troglodytes DSCAM XM_001171538.1 XP_001171538.1 Macaca mulatta DSCAM XM_002803124.1 XP_002803170.1 Canis lupus DSCAM XM_544893.3 XP_544893.3 Bos taurus DSCAM XM_002685111.2 XP_002685157.1 Mus musculus Dscam NM_031174.4 NP_112451.1 Rattus norvegicus Dscam NM_133587.1 NP_598271.1 Gallus gallus DSCAM XM_416734.3 XP_416734.3 Danio rerio dscam NM_001030224.1 NP_001025395.1 Drosophila melanogaster CG42330 NM_001043131.2 NP_001036596.2 Anopheles gambiae AgaP_AGAP007092 XM_308666.4 XP_308666.4
Funcións Igual que moitos receptores neuronais, as proteínas Dscam teñen funcións múltiples, con papeis repulsivos e atractivos que dependen do tipo de ligando co cal intraccionan.
Inmunidade Os invertebrados non teñen sistemas inmunitarios baseados en anticorpos. Ao contrario, os invertebrados dependen d seu sistema inmunitario innato para eliminar as entidades infecciosas. A tarefa de detectar e responder a un conxunto diverso de axentes infecciosos é realizada polos receptores de recoñecemento de padróns (PRRs) codificados na liña xerminal, que detectan diferentes padróns asociados cos marcadores moleculares para iniciar unha resposta inmune. O papel de Dscam na resposta inmunitaria da mosca demostrouse por un experimento de diminución de DSCAM mediado por interferencia de ARN na cal se viu que estaba asociado coas células que xogan un papel no sistema inmunitario das moscas.
Dscam ten un papel na fagocitose en insectos. O padrón de empalme do xene que acompaña a actividade fagocítica é específica do tipo de patóxeno infeccioso. En mosquitos o silenciamento de Dscam (AgDscam) de Anopheles gambiae elimina a súa capacidade de loitar contra os Plasmodium. A especificidade dos mecanismos de recoñecemento de Dscam permite aos mosquitos desta especie diferenciar entre a infección por bacterias e Plasmodium, e entre Plasmodium berghei e Plasmodium falciparum.
Regulación da sinaptoxénese A autoevitación (self-avoidance) é un mecanismo no que os procesos neuronais da célula repélense durante a arborización e a ramificación de axóns para evitar a fasciculación e a aglomeración. A autoevitación cómpre para previr un amplo solapamento no padrón de arborización e para facilitar a cobertura dos procesos neuronais en diferentes rexións do sistema nervioso durante o desenvolvemento.
Recoñécese que a DSCAM está implicada neste proceso en vertebrados e invertebrados durante o desenvolvemento neural. Os ensaios de agregación de células mostran que as moléculas de adhesión celular, como DSCAM, ao pertenceren á superfamilia das inmunoglobulinas, únense de forma homofilica e específica. Estas moléculas tamén parecen ter un papel en quimioatracción e repulsión.
A Dscam1 de Drosophila pode ser unha das moléculas implicadas en contrarrestar a quimioatracción dependente da netrina entre procesos neuronais durante o estadio de desenvolvemento neural. Como se mencionou antes, o xene Dscam1 en Drosophila pode codificar 19.008 dominios extracelulares, que se unen homofilicamente e con especificidade de isoforma. As propiedades de unión específica de isoforma de Dscam, durante a repulsión homofílica, son a base da autoevitación, que é un mecanismo de desenvolvemento crucial para a distribución uniforme de procesos axonais e dendríticos na formación de campos sinápticos. As neuronas expresan un conxunto estocástico de isoformas de Dscam1 na superficie das súas células. As células que teñen os mesmos padróns de isoformas presentes na súa superficie, recoñecen as outras como "propias", o que leva a unha autoevitación na que os procesos de neuronas do mesmo subtipo se repelen homofilicamente entre eles.
Ademais da repulsión homofílica, a Dscam1 media a repulsión entre neuritas de diferentes subtipos baseados nos padróns de isoformas específicas despregadas na superficie da célula. Isto chámase evitación específica de tipo celular. Os terminais fotorreceptores de Drosophila forman sinapses que incorporan un par invariable de elementos postsinápticos. Dscam pénsase que axuda a este proceso regulando a especificidade sináptica por medio da exclusión de combinacións sinápticas inapropiadas no sitio de contacto.
Ademais, pénsase que a DSCAM ten un papel no "tiling" neuronal durante o desenvolvemento neuronal de Drosophila. O tiling é un mecanismo no cal os procesos das células que comparten a mesma función funcionan creando feixes de nervios nun territorio definido para crearen un padrón de campos dendríticos ou axonais non solapados. Dscam1 e Dscam2 parecen estar implicados na ramificación axonal e o tiling en Drosophila. O tiling ocorre cando a repulsión homofílica mediada por Dscam2 prevén que se solapen os procesos da mesma clase de células. Mentres que tanto Dscam1 coma Dscam2 son mediadoras da repulsión homofilica, o xene Dscam2 (a diferenza do Dscam1) soamente codifica dúas isoformas alternativas e por iso carece da posibilidade de ter diversidade molecular. En consecuencia, o papel de Dscam2, na auto evitación ou na evitación específica de tipo celular, ocorre dependendo da isoforma ou proporción de isoformas que exprese a neurona.
Interaccións Moitas moléculas da superfamilia das inmunoglobulinas únense de xeito homofílico e heterofílico, e as proteínas Dscam/DSCAM non son unha excepción. As DSCAMs e DSCAML1s de vertebrados non só se unen homofilicamente (é dicir, as do mesmo tipo, DSCAM–DSCAM ou DSCAML1–DSCAML1, pero non DSCAM–DSCAML1), senón que tamén teñen padróns de expresión específicos de células, mutuamente excluíntes. Debido ao uso combinatorio de exóns alternativos, a especificidade de unión homofílica da Dscam de Drosophila está amplificada a decenas de miles de posibles homodímeros. Utilizáronse ensaios bioquímicos (ensaios de unión célula-célula e bólas-célula) para demostrar que ocorre unha homodimerización específica de isoforma cunha salientable especificidade de unión. Isto revela que a diversidade de Dscam pode dar lugar a >18.000 homodímeros distintos.
Importancia clínica O papel das Ig-CAMs no desenvolvemento humano está só empezando a coñecerse. Isto pode ser especialmene interesante con respecto ás DSCAMs, xa que DSCAM mapéase no cromosoma 21 nunha rexión esencial para os defectos neurocognitivos e outros da síndrome de Down e DSCAML1 mapéase no cromosoma 11 nunha rexión cuxa deleción está asociada coa síndrome da deleción 11q. Isto dá lugar a defectos neurocognitivos e un conxunto doutros defectos que son similares aos vistos na síndrome de Down, como o retardo psicomotor, estrabismo, epicanto, telecanto, labio superior con forma de carpa, orellas dismórficas en posición baixa e defectos cardíacos. O nivel da expresión de DSCAM incrméntase en máis do 20 % no cerebro con síndrome de Down. Dada a súa identidade como posible morfóxeno neural e a súa expresión nos córtex cerebral e cerebelar desde os estadios iniciais do seu desenvolvemento, non é desatinado suxerir que este nivel de sobreexpresión de DSCAM pode contribuír a defectos pre- e posnatais propios da síndrome de Down, particularmente, a hipoplasia cerebral e cerebelar e as anormalidades da árbore dendrítica. Ademais, que a sobreexpresión de DSCAM teña un papel que contribúa aos defectos na laminación cortical vistos na síndrome de Down está apoiado polo feito de que as distorsións noutros xenes expresados por células de Cajal-Retzius, como na reelina e na LIS1, causan graves defectos na migración dos neuroblastos e na laminación cortical.