HEX
Дивергентный гомоеобоксный ген
|
|
Дивергентный гомоеобоксный ген Hex (Phr) первоначально экспрессируется в примитивной энтодерме имплантировавшегося бластоциста, но на 5.5 dpc его транскрипты обнаруживаются только в небольшом участке висцеральной энтодермы на дистальном конце яйцевого цилиндра. Клональный анализ показал, что эти клетки движутся в одну сторону ( unilaterally), чтобы занять переднее положение в зародыше, однако продолжают экспрессировать Hex. Примитивная полоска формируется на противоположном конце яйцевого цилиндра, т.е. вдали от домена передней экспрессии Hex примерно спустя 24 ч после начала движения вперед дистальной висцеральной энтодермы. Таким образом, экспрессия Hex маркирует самую раннюю молекулярную передне-заднюю асмметрию у эмбрионов мыши и указывает на то, что передне-задняя ось эмбриона возникает в результате возникновения проксимо-дистальной асимметрии в примитивном энтодермальном клоне. Постепенно Hex начинает экспрессироваться в самой ранней дефинитивной энтодерме возникающей из полоски и ее экспрессия в кишке строго подтверждает, что вентральная часть передней кишки происходит из наиболее передней дефинитивной энтодермы и что печень, очевидно, наиболее переднее производное кишки. Hex является также ранним маркером тироидного примордия. В мезодерме Hex временно экспресируется в nascent кровянных островках висцерального желточного мешка и поздее в эмбриональных ангиобластах и эндокарде . Сравнение с flk-1 (T. P. Yamaguchi et al., Development 118, 489-498, 1993) экспрессией показывает, что Hex является также ранним маркером эндотелиальных предшественников, но его экспрессия в этой популяции предшественников очень быстро исчезает, быстрее чем подавляется flk-1, когда происходит дифференцировка эндотелиальных клеток (Thomas et al., 1998).
|
Асимметричная экспрессия Нех в AVE
(anterior visceral entoderm)
В производном примитивной энтодермы, которая не вносит вклада в собственно эмбрион,экспрессия Нех предшествует любому молекулярному маркеру или аттрибутам, связанными с организатором, по крайней мере на 24 ч. Это самый ранний из известных асимметрично экспрессирующихся генов, связанных специфически с передне-задним паттернированием у эмбрионов позвоночных, который проливает свет на участие внеэмбриональных тканей в раннем паттернировании.
Первоначально Нех экспрессируется симметрично в примитивной
энтодерме вылупляющегося бластоциста, хотя Нех кДНК обнаружи-
вается уже на 2-клеточной стадии. После имплантации транскрипты
Нех все еще распределены симметрично, но ограничены небольшим
субнабором производных примитивной энтодермы, расположенных на
дистальном конце яйцевого цилиндра.
Как происходит это о граничение неясно, однако эти клетки
обладают уникальной морфологией, они более цилиндрические, чем
остальные клетки висцеральной энтодермы. Возможно, что они
представляют собой исходные стволовые клетки примитивной
энтодермы, которые когда примитивная энтодерма становится
многослойной в бластоцисте остаются в контакте с эпибластом.
Эти клетки всегда движутся проксимально как связанная популяция
в будущий передний сайт эмбриона, сохраняя экспрессию Нех.
Сигнал для такого поляризованного перемещения клеток внутри
эпителия неизвестен, но ,т. к. эмбриональная висцеральная
энтодерма представлена менее чем 100 клеток на стадии 5.5 dpc,
то возможно, что дифференциальный рост ответственен за такое
неслучайное движение. Это можно объяснить корреляцию между
ориентацией эксплантации и будущим местом образования полоски,
если сильная близость к синусам материнской крови достаточна
для обеспечения незначительных преимуществ в росте висцеральной
энтодермы на одной из сторон зародыша. Возможно также, что
существует врожденная билатеральная а симметрия бластоциста,
обусловленная асимметрией зиготы (Gardner,1997), которая может
отвечать за дифференциальный рост или различия в ориентации
клеточных делений в висцеральной энтодерме. Затем векторное
перемещение трансформирует проксимо-дистальную ось в передне-
заднюю.
Когда Нех экспрессируется в будущей передней стороне эмбриона, то транскрипты Т симметрично распределяются проксимально, указывая на то, что передние влияния ответственны за предопределние места формирования первичной полоски. Такой передний сигнал(ы) должен или направлять движение проксимальной части эпибласта в каудальном направлении или активно репрессировать экспрессию генов, таких как Т, связанных с образованием полоски. Картирование эпибласта до формирования полоски показывает, что имеется ряд каудальных перемещений проксимальных клеток эпибласта и, следовательно, образование полоски также может нуждаться в вектороном движении, но в данном случае эпибласта. Хотя nodal экспрессируется в висцеральной энтодерме до образования полоски и его экспрессия в этой ткани необходима для нормального развития передней части, он, по-видимому, не экспрессируется асимметрично. Только сигнальные молекулы, которые асимметрично экспрессируются в AVE до гаструляции и могут влиять на поведние проксимального эпибласта, ими являются предположительно гомолoги cereberus, первоначально обнаруженного у ксенопус, который способен индуцировать эктопическую голову. Возможно также, что образование полоски зависит от отдельного заднего сигнала, для которого еще не известен маркер, который может действовать независим или вместе с AVE.
Паттерн формирования дефинитивной кишки
На стадии средней полоски Нех-экспрессирующие клетки обнаруживаются в дефинитивной энтодерме, происходящей из проспективной области узла, а на стадии поздней полоски Нех-экспрессрующие клетки движутся движутся ростарльно и по ходу замещают (displaced) AVE. Следовательно, как с Lim1, HNF3β, Otx2 ростральная экспрессия Нех в AVE рекапитулирутся позднее производными узла (аксиальной мезодермой и дефинитивной энтодермой). Различия в этом последнем домене экспрессии Нех (ограниченном только передней дефинитивной энтодермой) по сравнению с Lim1 и Otx2 указывают на то, что разные передние производные узла могут иметь отдельные, но в общем связанные роли в усложнении рострального паттерна. Тот факт, что одни и те же гены экспрессируются в AVE и в ростральных производных узла указывает также на то, что AVE скорее всего играет непосредственную роль в инициации переднего паттерна и что производные узла скорее всего необходимы для поддержания и рафинирования этого паттерна.
Экспрессия Нех в дефинитивной энтодерме строго указывает на то, что вентральная часть передней кишки представляет собой наиболее передний дериват дефинитивной киши и это заключение подтверждается клональным анализом. Следовательно, несмотря на свою финальную абдоминальную локализацию наиболее вероятно, что печень является наиболее передним дериватом кишки у мышей, который напоминает судьбу наиболее передней энтодермы у ксенопус. Известно, что зрелая печень у человека экспрессирует Нех. Тесная взаимосвязь между Нех-позитивной энтодермой и кардиогенной пластинкой в купе с сердце-индуцирующими свойствами пердней энтодермы у эмбрионов кур указывает на то,что Нех должен оказывать прямое или косвеное влияние на кардиальную индукцию. Обнаружение Нех экспрессии в щитовидной железе, а также в примордии печени является не только самым ранним маркером для этих примордиев, но и указывает на то,что Нех играет роль в их последующем развитии, так как Нех (Prh) все еще экспрессируется в печени 3-недельных цыплят.
Нех экспрессия в развитии и функционировании органов, происходящих из энтодермы передней кишки
Выявлена экспрессия Нех во время развития тимуса, желчного пузыря и поджелудочной железы и во взрослых щитовидной железе, легких и печени. На ст. Е10 Нех экспрессируется в третьем глоточном кармане, из которого возникает тимус, энтодермальные клетки печени, щитовидная железа, дорсальный зачаток панкреас и зачаток желчного пузыря. На Е13.5 экспрессия сохраняется на высоком уровне в щитовидной железе, печени, эпителиальных клетках, выстилающих панкреатический и внепеченочный желчный протоки и в эпителиальных и мезенхимных клетках легких. Экспрессия в тимусе снижается. У эмбрионов Е16.6 экспрессия сохраняется в щитовидной, поджелудочной железе, эпителии желчного протока, легких и печени. На ст. Е18.5 экспрессия в щитовидной железе и желчных протоках сохраняется высокой, в легких существенно снижается. Клетки взрослой щитовидной железы, легких и печени экспрессируют Нех.
Васкулогенез и ангиогенез
Экспрессия дивергентного гомеобоксного гена Нех в мезодерме впервые обнаруживается в будущих VYS кровяных островках, где начинают формироваться примитивные эритроциты и кровеносные сосуды. В собственно эмбрионе, где локализация эндотелиальных клеток-предшественников определена менее четко, Нех транскрипты на стадии нервной пластинки ассоциированы с проксимо-дистальной мезодермой, где возникают ангиобласты. Позднее Нех экспрессируется в областях, где образуются дефинитивные сосуды , так же как это делают сливающиеся эндотелиальные предшественники ( напр., в дорсальной аорте) или при ответвлении новых сосудов ( напр., межсомитыне сосуды). В этой связи, очевидно, что Нех участвует в инициальных фазах как ангиогенеза,так и васкулогенеза, подтверждая предположение об общем молекулярном механизме , лежащем в основе этих процесов. Экспрессия Нех строго соответствует экспрессии flk-1, который является самым ранним из известных маркеров эндотелиальных клеток-предшественников и который существенен для дифференцировки эндотелиальных клеток клеточно автономным способом. Сходство в экспрессии Нех и flk-1 указывает на участие Нех в инициальной стадии отбора и/или дифференцировки эндотелиальных клеток и делает его наиболее вероятным кандидатом, экспрессирующемся в предполагаемых гемангиобластных стволовых клетках. В отличие от flk-1 транскрипты Нех не сохраняются в дифференцированных эндотелиальных клетках. Это быстрое затухание экспрессии Нех по мере дифференцировки напоминает подавление в диффренцированном потомстве гематопоэтических предшественников и клеточных линиях.
На стадии поздней полоски/нейральной пластинки кардиальные клетки-предшественники расположены в предней проксимальной мезодерме, презумптивный эндокард, экспрессирующем flk-1, и миокард Nkx2.5. Изолированные Нех-позитивные клетки обнаруживабются в кардиогенном поле на этой стадии и позднее, подобно flk-1, экспрессия ограничивается эндокардом и поддерживается вплоть до 9.5 dpc. Следовательно несмотря на свою временную экспрессию в эндотелиальных предшественниках Нех экспрессия сохраняется в эндокарде, указывая на то, что Нех осуществляет дополнительную функцию в развитии сердца (во время трабекуляции, которая обеспечивается, по крайней мере, частично эндокардом) или что эндокардиальные клетки созревают более медленно, чем эндотелиальные клетки.
|