Dach1 Expression During Skeletal Development
Развитие Скелета: Роль Dach1

Fibroblast Growth Factor Signaling Regulates Dach1 Expression During Skeletal Development A. Hornwr, L. Shum, J.A. Ayres, K. Nonaka, G.B. Nuckolls Dev. Dyn. V. 225, No 1. P. 35-45 (2002)
	Dach1 является мышиным членом семейства ядерных белков dachshund ?d которое входит также один член от Drosophila (dac) и рыбки медака, три от рыбок данио и по два от кур, мышей и человека. Хотя ДНК-связывающий домен не идентифицирован, имеющиеся данные указывают на их участие в в регуляторных транскрипционных комплексах с членами семейств Рах и Eya. Установлено, чо члены dac/Dach семейства регулируют детерминацию судьбы эмбриональных клеток, а эктопическая экспрессия dac у развивающихся мух вызывает эктопическое развитие сетчатки. Известно, что экспрессия Dach1 поисходит в ранних почках конечностей или во время развития зачатков плавников. Кроме того он экспрессируется во многих органах развивающихся эмбрионов позвоночных, включая грлаза, уши, почки и ЦНС. Dach1 нулевые мутантные мыши обнаруживают аномалии на видимом или гистологическом уровне; однако, у них развивается респираторное нарушение и они погибают в течние 32 ч. после рождения. Следовательно, Dach1 необязателен для эмбрионального эмбиогенеза, но необходим для выпонения некоторых физиологических функций, обязательных для постнатальной жизни. Dach2, который имеет перекрывающийся паттерн экспрессии м. функционально компенсировать потерю Dach1 во время эмбрионального морфогенеза. Регуляция экспрессии dac у Drosophila сложна, но достаточно охарактеризована. Ген dac необходим для детерминации судьбы ретинальных клеток на заднем краю глазного диска, для образования некоторых ножных сегментов и для образования mushroom телец в головном мозге мух. Его экспрессия регулируется в зависимости от концентрации и пола с помощью факторов, формирующих паттерн тканей dpp и wg. Он участвует в сети генов, включающей ey, eya и tsh, которые детерминируют сетчатку. Экспрессия у позвоночных генов, гомологиных этим, детерминирующим сетчатку, указывает на то, что они функционально законсервированы. У эмбрионов мышей и кур Dach белки коэкспрессируются с Eya и Рах белками в развивающихся глазах, ушах и сомитах. Рах6 является у позвоночных гомологом ey, который вместе с eya регулирует экспрессию dac в глазах мух. Экспрессия Dach1 s ушах и глазах позвоночных, однако, не регулируется с помощью генов Eya или Рах, а экспресия Dach1 s развивающихся зачатках конечностей мышей имеет минимальное перекрывание с экспрессией генов Рах. Пролиферация мезенхимных клеток, детерминация скелетогенной судьбы клеток и формирование паттерна развивающегося скелета в ранних зачатках конечностей (9-13 день после спаривания) регулируются интеграцией сигналов от нескольких путий, включая FGF, BMP и sonic hedgehog (Shh). На 14 день образуются хрящевые матрицы скелета конечностей и хрящ замещается костью в ходе процесса эндохондральной оссификации. Пердача сигналов с помощью FGF, BMP и Shh-родственной молекулы, Indian hedgehog (Ihh), также регулирует процесс созревания хондроцитов во время эндохондральной оссификации. Изучали клеточную и субклеточную локализацию Dach1 у эмбрионов, плодов и во время постнатального развития мышей. Было установлено, что ген экспрессируется в мезенхимных клетках еще до дифференцировки хондроцитов, но исключается из пролиферирующих хондроцитов. Он экспрессируется повторно в постмитотических, прегипертрофических и ранних гипертрофических хондроцитах, но не обнаруживается на терминальных стадиях их гипертрофии. Установлено, что экспрессия Dach1 регулируется передачей сигналов FGF, что согласуется с коэкспрессией FGF рецепторов в ходе развития конечностей. Итак передача сигналов FGF регулирует экспрессию Dach1 в разивающейся почке конечности, а затем и в хрящевой ткани. Экспрессия Dach1 в почке кончности предопределяется локальной концентрацией FGF в недифференцированной мезенхимной ткани. Нормальная экспрессия Dach1 в почке конечности зависит от интактного апикального эктодремального гребня (АЭГ) , который является источником FGF2, 4, 8 и 9. Колоак ализация Dach1 и рецепторов FGF в почке конечности и во время созревания хондроцитов указывает на то, что зависимость экспрессии Dach1 от сигналов FGF поддерживается в хрящевой ткани. Полученные данные указывают на то, что ВМР4 и др. факторы также важны в регуляции экспрессии Dach1. Имеется несколько мест в развивающихся конечностях и в их хрящах, где Dach1 не экспрессируется, несмотря на то, что передача сигналов FGF здесь идет. Напр., FGF8 экспрессируется в АЭГ на 10 день после спаривания, но на этой стадии экспрессия Dach1 не связана с мезенхимой, соседствующей с этой структурой. Более того, смоченные FGF кусочки имплантированные в центр почки конечности на 11 день не индуцируют экспрессии Dach1, хотя хондрогенез уже идет. Др. факторы м. активно супрессировать экспрессию Dach1 или необходимо несколько факторов, чтобы активировать чувствительность к гена Dach1 к сигналам FGF. BMP4 ингибирует эндогенную экспрессию Dach1, значит DVH сигналы м. ингибироваь экспрессию Dach1. Передача сигналов DVH и др. факторов, связанных со стадией дифференцировки мезенхимных клеток и хондроцитов, м. объяснить различия в паттерне передачи сигналов FGF и экспрессиии Dach1. Паттерн экспрессии Dach1 в зачатках конечности сходен с таковым Mtsh1, др. мышиным гомологом генов, детерминирующих сетчатку у дрозофил. Подобно dac эктопическая экспрессия белка цинковые пальчики tsh м. индуцировать эктопическое развитие сетчатки. В генетической иерархии tsh выше dac. mtsh1 один из двух мышиных гомологов tsh и подобно Dach1 экспрессируется в дистальной мезенхиме зачатка конечности, в первой и второй бранхиальных дугах и нервной трубке на 11 день после спаривания. в в фолликулах усов на 12.5 день и в кончиках пальцев на 13 день. Более того, экспрессия Mtsh1 в почке кончности усиливается с помощью FGF8 и подавляется смоченными в DVH4 кусочками, правда только в проксимальной части почки конечности. Сходство экспрессии и регуляции этих двух генов и взаимодействие их гомологов у дрозырофилы укзаывают на то, что Dach1 и Mtsh1 м. участвовать в одних и тех же онтогенетических или клеточных путях во время морфогенеза конечностей и др. структур. Хотя некоторые свойства генетических взаимодействий dac/Dach1 различаются у дрозофил и мышей, др. законсервированы. Так, экспрессиия dac регулируется с помощью ey и eya, тогда как Dach1 не зависит от экспрессии Рах или Eya. Регуляция же Dach1 с помощью ВМР4, гомолога dpp дрозофилы, по-видимому, эволюционно законсервирована. Кусочки, смоченные ВМР4, супрессируют экспрессиию Dach1 в зачатке конечности, и dpp супрессирует экспрессиию dac в ножных и генитальных дисках самок дрозофилы. Htuekzwbz экспрессии Dach1 с помощью FGF сигналов указывает на то, что Dach1 функционирует как промежуточное звено в пути передачи сигналов FGF в развивающейся конечности. В зачатке конечности и скелетной ткани передача сигналов FGF вносит вклад в регуляию пролиферации клеток, а также в арест клеточного цикла в засисимости от типа клеток и стадии дифференцировки. В соответствии с этим Dach1 экспрессируется в пролиферирующей мезенхиме в зачатках коенчности и участвует в аресте клеточного цикла хондроцитов ростовой пластинки. Ассоциация Dach1 с конролем клеточного цикла пдтверждается его колокализацией с ингибитором циклин-зависимой киназы p27(Kip1) и p57(Kip2) в постмитотических хондроцитах. Dach1 коэкспрессируется с р27 и р57 в подоцитах развивающихся почек и с р27 в нейроэпителии Кортиева органа, в ретинобластах и пигментном эпителии сетчатки. р21 экспрессируется в созревающих хондроцитах и скорее всего тоже перекрывается с экспрессиией Dach1. Более того, Dach1 ассоциирует с ubiquitin-conjugating энзимом Ubc9, который связан с деградацией ядерных белков, регулирующих ход клеточного цикла. Все это согластуется с предположением, что Dach1 функционирует на пути FGF и участвует в регуляции пролиферации и/или аресте клеточного цикла совместно с генами сети ретинальной детерминации. Передача сигналов FGF регулирует также созревание хондроцитов ростовых пластинок. Экспрессия Dach1 в хондроцтах во время инициации гипертрофии и его коэкспрессиия с FGF рецепторами указывает на то, что Dach1 м.б. вовлечен в механизм созревания хондроцитов. Runx2/Cbfa1 является транскрипционным фактором с доменом runt и ключевым регулятором гипертрофии хондроцитов. Потеря его функции ингибирует или задерживает гипертрофию, тогда как его избыточная экспрессиия способствует гипертрофии. Экспрессия Runx2/Cbfa1 усиливается активированныи FGFR1 в своде черепа и с помощью FGF2 или FGF8 обработки скелетогенной тканевой культуры. Т.к. Dach1 коэкспрессируется с Runx2/Cbfa1 в прегипертрофических и ранних гипертрофических хондроцитах, то м. предположить, что Dach1 участвует в механизмах, с помощью которых передача сигналов FGF регулирует экспрессию Runx2/Cbfa1 и гипертрофию хондроцитов.

Dach1 является мышиным членом семейства ядерных белков dachshund ?d которое входит также один член от Drosophila (dac) и рыбки медака, три от рыбок данио и по два от кур, мышей и человека. Хотя ДНК-связывающий домен не идентифицирован, имеющиеся данные указывают на их участие в в регуляторных транскрипционных комплексах с членами семейств Рах и Eya. Установлено, чо члены dac/Dach семейства регулируют детерминацию судьбы эмбриональных клеток, а эктопическая экспрессия dac у развивающихся мух вызывает эктопическое развитие сетчатки. Известно, что экспрессия Dach1 поисходит в ранних почках конечностей или во время развития зачатков плавников. Кроме того он экспрессируется во многих органах развивающихся эмбрионов позвоночных, включая грлаза, уши, почки и ЦНС. Dach1 нулевые мутантные мыши обнаруживают аномалии на видимом или гистологическом уровне; однако, у них развивается респираторное нарушение и они погибают в течние 32 ч. после рождения. Следовательно, Dach1 необязателен для эмбрионального эмбиогенеза, но необходим для выпонения некоторых физиологических функций, обязательных для постнатальной жизни. Dach2, который имеет перекрывающийся паттерн экспрессии м. функционально компенсировать потерю Dach1 во время эмбрионального морфогенеза.

Регуляция экспрессии dac у Drosophila сложна, но достаточно охарактеризована. Ген dac необходим для детерминации судьбы ретинальных клеток на заднем краю глазного диска, для образования некоторых ножных сегментов и для образования mushroom телец в головном мозге мух. Его экспрессия регулируется в зависимости от концентрации и пола с помощью факторов, формирующих паттерн тканей dpp и wg. Он участвует в сети генов, включающей ey, eya и tsh, которые детерминируют сетчатку.

Экспрессия у позвоночных генов, гомологиных этим, детерминирующим сетчатку, указывает на то, что они функционально законсервированы. У эмбрионов мышей и кур Dach белки коэкспрессируются с Eya и Рах белками в развивающихся глазах, ушах и сомитах. Рах6 является у позвоночных гомологом ey, который вместе с eya регулирует экспрессию dac в глазах мух. Экспрессия Dach1 s ушах и глазах позвоночных, однако, не регулируется с помощью генов Eya или Рах, а экспресия Dach1 s развивающихся зачатках конечностей мышей имеет минимальное перекрывание с экспрессией генов Рах.

Пролиферация мезенхимных клеток, детерминация скелетогенной судьбы клеток и формирование паттерна развивающегося скелета в ранних зачатках конечностей (9-13 день после спаривания) регулируются интеграцией сигналов от нескольких путий, включая FGF, BMP и sonic hedgehog (Shh). На 14 день образуются хрящевые матрицы скелета конечностей и хрящ замещается костью в ходе процесса эндохондральной оссификации. Пердача сигналов с помощью FGF, BMP и Shh-родственной молекулы, Indian hedgehog (Ihh), также регулирует процесс созревания хондроцитов во время эндохондральной оссификации.

Изучали клеточную и субклеточную локализацию Dach1 у эмбрионов, плодов и во время постнатального развития мышей. Было установлено, что ген экспрессируется в мезенхимных клетках еще до дифференцировки хондроцитов, но исключается из пролиферирующих хондроцитов. Он экспрессируется повторно в постмитотических, прегипертрофических и ранних гипертрофических хондроцитах, но не обнаруживается на терминальных стадиях их гипертрофии. Установлено, что экспрессия Dach1 регулируется передачей сигналов FGF, что согласуется с коэкспрессией FGF рецепторов в ходе развития конечностей.

Итак передача сигналов FGF регулирует экспрессию Dach1 в разивающейся почке конечности, а затем и в хрящевой ткани. Экспрессия Dach1 в почке кончности предопределяется локальной концентрацией FGF в недифференцированной мезенхимной ткани. Нормальная экспрессия Dach1 в почке конечности зависит от интактного апикального эктодремального гребня (АЭГ) , который является источником FGF2, 4, 8 и 9. Колоак ализация Dach1 и рецепторов FGF в почке конечности и во время созревания хондроцитов указывает на то, что зависимость экспрессии Dach1 от сигналов FGF поддерживается в хрящевой ткани.

Полученные данные указывают на то, что ВМР4 и др. факторы также важны в регуляции экспрессии Dach1. Имеется несколько мест в развивающихся конечностях и в их хрящах, где Dach1 не экспрессируется, несмотря на то, что передача сигналов FGF здесь идет. Напр., FGF8 экспрессируется в АЭГ на 10 день после спаривания, но на этой стадии экспрессия Dach1 не связана с мезенхимой, соседствующей с этой структурой. Более того, смоченные FGF кусочки имплантированные в центр почки конечности на 11 день не индуцируют экспрессии Dach1, хотя хондрогенез уже идет. Др. факторы м. активно супрессировать экспрессию Dach1 или необходимо несколько факторов, чтобы активировать чувствительность к гена Dach1 к сигналам FGF. BMP4 ингибирует эндогенную экспрессию Dach1, значит DVH сигналы м. ингибироваь экспрессию Dach1. Передача сигналов DVH и др. факторов, связанных со стадией дифференцировки мезенхимных клеток и хондроцитов, м. объяснить различия в паттерне передачи сигналов FGF и экспрессиии Dach1.

Паттерн экспрессии Dach1 в зачатках конечности сходен с таковым Mtsh1, др. мышиным гомологом генов, детерминирующих сетчатку у дрозофил. Подобно dac эктопическая экспрессия белка цинковые пальчики tsh м. индуцировать эктопическое развитие сетчатки. В генетической иерархии tsh выше dac. mtsh1 один из двух мышиных гомологов tsh и подобно Dach1 экспрессируется в дистальной мезенхиме зачатка конечности, в первой и второй бранхиальных дугах и нервной трубке на 11 день после спаривания. в в фолликулах усов на 12.5 день и в кончиках пальцев на 13 день. Более того, экспрессия Mtsh1 в почке кончности усиливается с помощью FGF8 и подавляется смоченными в DVH4 кусочками, правда только в проксимальной части почки конечности. Сходство экспрессии и регуляции этих двух генов и взаимодействие их гомологов у дрозырофилы укзаывают на то, что Dach1 и Mtsh1 м. участвовать в одних и тех же онтогенетических или клеточных путях во время морфогенеза конечностей и др. структур.

Хотя некоторые свойства генетических взаимодействий dac/Dach1 различаются у дрозофил и мышей, др. законсервированы. Так, экспрессиия dac регулируется с помощью ey и eya, тогда как Dach1 не зависит от экспрессии Рах или Eya. Регуляция же Dach1 с помощью ВМР4, гомолога dpp дрозофилы, по-видимому, эволюционно законсервирована. Кусочки, смоченные ВМР4, супрессируют экспрессиию Dach1 в зачатке конечности, и dpp супрессирует экспрессиию dac в ножных и генитальных дисках самок дрозофилы.

Htuekzwbz экспрессии Dach1 с помощью FGF сигналов указывает на то, что Dach1 функционирует как промежуточное звено в пути передачи сигналов FGF в развивающейся конечности. В зачатке конечности и скелетной ткани передача сигналов FGF вносит вклад в регуляию пролиферации клеток, а также в арест клеточного цикла в засисимости от типа клеток и стадии дифференцировки. В соответствии с этим Dach1 экспрессируется в пролиферирующей мезенхиме в зачатках коенчности и участвует в аресте клеточного цикла хондроцитов ростовой пластинки. Ассоциация Dach1 с конролем клеточного цикла пдтверждается его колокализацией с ингибитором циклин-зависимой киназы p27(Kip1) и p57(Kip2) в постмитотических хондроцитах. Dach1 коэкспрессируется с р27 и р57 в подоцитах развивающихся почек и с р27 в нейроэпителии Кортиева органа, в ретинобластах и пигментном эпителии сетчатки. р21 экспрессируется в созревающих хондроцитах и скорее всего тоже перекрывается с экспрессиией Dach1. Более того, Dach1 ассоциирует с ubiquitin-conjugating энзимом Ubc9, который связан с деградацией ядерных белков, регулирующих ход клеточного цикла. Все это согластуется с предположением, что Dach1 функционирует на пути FGF и участвует в регуляции пролиферации и/или аресте клеточного цикла совместно с генами сети ретинальной детерминации.

Передача сигналов FGF регулирует также созревание хондроцитов ростовых пластинок. Экспрессия Dach1 в хондроцтах во время инициации гипертрофии и его коэкспрессиия с FGF рецепторами указывает на то, что Dach1 м.б. вовлечен в механизм созревания хондроцитов.

Runx2/Cbfa1 является транскрипционным фактором с доменом runt и ключевым регулятором гипертрофии хондроцитов. Потеря его функции ингибирует или задерживает гипертрофию, тогда как его избыточная экспрессиия способствует гипертрофии. Экспрессия Runx2/Cbfa1 усиливается активированныи FGFR1 в своде черепа и с помощью FGF2 или FGF8 обработки скелетогенной тканевой культуры. Т.к. Dach1 коэкспрессируется с Runx2/Cbfa1 в прегипертрофических и ранних гипертрофических хондроцитах, то м. предположить, что Dach1 участвует в механизмах, с помощью которых передача сигналов FGF регулирует экспрессию Runx2/Cbfa1 и гипертрофию хондроцитов.

Fibroblast Growth Factor Signaling Regulates Dach1 Expression During Skeletal DevelopmentA. Hornwr, L. Shum, J.A. Ayres, K. Nonaka, G.B. NuckollsDev. Dyn. V. 225, No 1. P. 35-45 (2002)

Fibroblast Growth Factor Signaling Regulates Dach1 Expression During Skeletal Development
A. Hornwr, L. Shum, J.A. Ayres, K. Nonaka, G.B. Nuckolls
Dev. Dyn. V. 225, No 1. P. 35-45 (2002)