Bone morphogenetic proteins (BMPs), названные по их впервые выявленной роли в дифференцировке костей, обеспечивают разнообразный спектр онтогенетических событий, таких как формирование дорсо-вентрального паттерна, спецификация мезодермы и определение места имплантации эмбриона. BMPs участвуют и в кардиальном развитии у млекопитающих. Изучение эксплантатов птиц указывает на BMPs как существенный паракринный сигнал из соседнего миокарда для эндокардиальных подушек во время эпителиально-мезенхимной трансформации и более поздних событий, которые обязательны для формирования atrio-ventricular (AV) клапанов. Этот процесс, как извесно, вовлекает TGFβ2 b TGFβ3, но молекулярные связи между BMPs и TGFβ неопределенны.

Несмотря на данные по распределению BMPs во время формирования сердца и эффекты BMP на кардиальную дифференцировку клеток тератокарциномы, аналогичные доказательства отсутствуют для млекопитающих. У мышей очень значительный потенциал перекрывания для разных членов семейства BMP. В средине беременности в сердце обнаруживаются BMP2 и -4, соотв., в миокардиальных слоях AV канала и в самих AV подушках, BMP5, -6, и -7 первоначально гомогенные по всему миокарду и BMP10, который является кардио-специфическим, обнаруживается исключительно в трабекулах. Это разнообразие, с перекрывающимися и неперекрывающимися программами экспрессии, делает важным вопрос о BMP рецепторах, которых меньше в числе.

BMPs связывают два serine/threonine kinase рецептора, type II (BMPRII) и типа I (ALK3/BMPR-IA и ALK6/BMPR-IB), которые формируют гетеромерные сигнальные комплексы, действующие серийно, как и др. рецепторы семейства TGFβ. В присутствии лиганда, рецепторы типа II фосфорилируют рецепторы типа I, которые активируют передачу сигналов с помощью внутриклеточных эффекторов, включая Smad транскрипционные факторы. ALK3 повсеместен в ходе развития, тогда как ALK6 отсутствует в сердце в серидине беременности. Развивающееся сердце экспрессирует также ALK2/ActRIA, которые м. функционировать как DVH рецепторы типа I, отдавая предпочтение BMP6 и -7 . ALK3, ALK2, и BMPR-II обязательны для гаструляции и формирования мезодермы; мыши без BMP4 также неспособны прогрессировать, обычно, после стдии яйцевого цилиндра. В любом случае, летальность до образования мезодермы не позволяет выявить их роль в развитии сердца per se. Этот пробел высвечивается существованием мутаций рецепторов для BMPs и TGFβ у людей как причины клинических сердечно-сосудистых нарушений, включая легочную гипертензию и наслественные гемморагические telangiectasia.

Даже если мыши доживают до более поздних стадий, внешние дефекты м. затруднять интерпретацию кардиального фенотипа, такие как аномалии амнион/хориона при делециях BMP2. Аналогично, делеции BMP5 плюс BMP7 вызывают гибель между E9.5 и E10.5, и описываемые кардиальные дефекты сопровождаются тяжелыми уродствами нейрального гребня, бранхиальных дуг и возможно аллантоиса.

Условные делеции ALK3, с помощью целенаправленной экспрессии Cre recombinase, позволяют преодолеть раннюю летальность благодаря более значительному перекрыванию среди членов семейства BMP, чем среди их рецепторов. Механистически, делетированный ALK3 --- вряд ли секретирует белки --- будет устанавливать однозначно, какие типы клеток в сердце являются непосредственными мишенями для всех возникающих аномалий. С помощью условных делеций ALK3 авт. продемонстрировали обязательную миоцит-зависимую роль ALK3 в морфогенезе AV подушек и перегородок. Получены убедительные доказательства того, что даже одиночные мутации на BMP/ALK3 пути м. нарушать кардиальный морфогенез у млекопитающих, указывая на то, что до. BMP рецепторы не м. замещать ALK3. Discussion

Механистический фокус данного исследования заключался в определении --- с помощью условных, линейно-ограниченных делеций ALK3 ---, является ли существенной роль этого BMP рецептора в кардиальных миоцитах после предопределения какдиальной "судьбы." Разрушение ALK3 в дифференцированных миоцитах демаскирует важную потребность в ALK3 в морфогенезе сердца, после детерминации миоцитов, включая межжелудочковую перегородку, трабекулы, компактный миокрад и эндокардиальные подушки. Во-вторых, хотя передача сигналов BMP посредством ALK3 м.б. необходима для подержания (также как и для индукции) Nkx2.5 у Xenopus, ALK3 кажется необязательнм для его экспрессии у мышей и для др. протестированных факторов, как только судьба сердца оказывается детерминирована. В-третьих, учитывая превалирование дефектов в AV подушках и подтверждение общения у птиц между миокардом и развивающимися подушками, авт. тестировали, м. ли разрушение ALK3 в миоцитах вызывать нарушение экспрессии известных паракринных сигналов для морфогенеза подушек. ALK3 оказался существенным для экспрессии кардиальными миоцитами TGFβ2, указывая тем самым на миоцит-зависимые пути в формировании AV подушек и в возникновении кардиальных клапанов (Рис. 6).

Мутации ALK3 b BMPR-II в зародышевой линии ведут к гибели еще до образования подушек или даже кардиальной специфйикации. Обусловленная потеря ALK3 в миокарде в середине беременности быстро вызывает множественные кардиальные дефекты, которые совпадают с распределением BMPs в сердце: BMP2 и BMP4 ядом с AV подушками, BMP5 и BMP7 более гомогенно и BMP10 в трабекулах. Делеция BMP5 и -7 в тандеме вызывает кардиальные дефекты, которые вовлекают AV подушки, перегородку, свободную стенку и трабекуллы --- напоминая сердце-специфические делеции ALK3 ---с обширными аномалиями аллантоиса, нейрального гребня и васкулатуры, что делает роль BMPs в сердце менее целенаправленной. Ограниченная миоцитами делеция ALK3 позволяет преодолеть эту проблему перекрывания среди множественных BMP лигандов, наложенире системынх и локальных дефектов и идентифицировать ключевые клетки-мишени.

Эти функции ALK3 в кардиальном морфогенезе важны и не перекрываются рецепторами др. типов. Кардиально-летальные эффекты делетирования BMP7 плюс BMP6 преимущественно связаны с нарушениями в тракте оттока, областью, не затрагиваемой потерей ALK3. Хотя ALK6 не экспрессируется в сердце в середине беременности, ALK2/ActRIA экспрессируются в сердце мыши на этой стадии и связываются с рядом членов семейства BMP. Известно, что у Xenopus и птиц ALK2 фукционирует во время кардиального мофрогенеза, in laterality и трансформациях AV подушек, соотв. Мыши без ALK2 погибают на ст. ранней гаструлы до кардиальной спецификации, а потребность в ALK2 во внеэмбриональных тканях осложняет его использование даже у химерных мышей, чтобы выявить вожможную его роль в сердце млекопитающих. Вопреки возможному перекрыванию между ALK3 и ALK2 в др. обстоятельствах, ALK2 не перекрывает кардио-летального фенотипа, демаскируемого условной делецией ALK3.

Зависимость AV подушек от ALK3 --- несмотря на отсутствие Cre из этого сайта --- указывает без сонения на то, что исходядщие сигналы из миоцитов в подушки в известной форме являются обязательынми для формирования AV клапанов у мышей. Подавление TGFβ2 при разрушении ALK3 в кардиальных мышечных клетках указывает на то, что paracrine circuit, такой же как в эксплантатах у птиц, также м. участвовать в морфогенезе подушек и млекопитающих (Рис. 6). Хотя TGFβ2 является одним из многих потенциальных нижестоящих генов-кандидатов, которые м. вность вклад в формирование дефектов в ALK3-дефицитных сердцах, заслуживает внимания тот факт, что мыши без TGFβ2 погибают вскоре после рождения с кардиальным дефектами, включая и уродства межжелодочковой перегородки и AV клапанов.

У людей, врожденные пороки сердца обнаруживаются, по крайней мере у 1% новорожденных, и являются даже более частой причиной гибели до рождения. Наиболее частыми являются дефеекты в формировании перегородок и кардиальных клапанов, лишь у немноги этиология связана с одиночным геноем. Ген ALK3 м. являться геном кандидатом, обусловливающим эти ВПС.

				H. Chang, C. W. Brown, and M. M. Matzuk Genetic Analysis of the Mammalian Transforming Growth Factor-{beta} Superfamily Endocr. Rev., December 1, 2002; 23(6): 787 - 823. [Abstract] [Full Text] [PDF]

				C. Liu, W. Liu, J. Palie, M. F. Lu, N. A. Brown, and J. F. Martin Pitx2c patterns anterior myocardium and aortic arch vessels and is required for local cell movement into atrioventricular cushions Development, January 11, 2002; 129(21): 5081 - 5091. [Abstract] [Full Text] [PDF]

				G. Valdimarsdottir, M.-J. Goumans, A. Rosendahl, M. Brugman, S. Itoh, F. Lebrin, P. Sideras, and P. ten Dijke Stimulation of Id1 Expression by Bone Morphogenetic Protein Is Sufficient and Necessary for Bone Morphogenetic Protein-Induced Activation of Endothelial Cells Circulation, October 22, 2002; 106(17): 2263 - 2270. [Abstract] [Full Text] [PDF]