NK-HOMEODOMAINS FAMILY
NKX семейство гомеобоксных генов

Гомеобоксные гены этого семейства имеют сходные нуклеотидные последовательности в гомеобоксе NK с последовательностями гена tinman дрозофилы. Семейство включает mNkx-2.1, mNkx-2.3, XNkx-2.3, nNkx-2.5, XNkx-2.5, mNkx-2.6, bagpipe/Nk-3, tinman. NK гомеодомен несколько иного типа выявлен у генов XPCR-3, mPCR (m - мышь, Х - ксенопус). Большинство генов этого семейства участвует в спецификации кардиогенной области и некоторых других производных мезодермы (Evans et al., 1995). Имеется, по крайней мере, у мыши 6 Nkx-2 генов. Nkx-2.1 ранее был идентифицирован как thyroid transcription factor 1 (TTF-1), он участвует в активации как тироид- так и легкие- специфических генов, таких как тиреоглобулин, тиропероксидаза суфрактант протеин В в соответствующих типах клеток. Nkx-2.1 и Nkx-2.5, а также ceh-22 связываются в ДНК перво- начально со специфическими последовательностями, содержащими 5'- TNNAGTG-3' и вторично с C(A/T)TAATTN последовательностями, распознаваемыми гомеодоменом белков семейства Antp. Сходные ДНК последовательности распознаются Nkx-2.2 и Nkx-2.6, которые обнаруживаются в сердце эмбрионов мыши. Nkx-3.1 другой NK ген является у позвоночных гомологом гена bagpipe, онэкспрессируется в сомитах эмбрионов мыши, нуждается в интактной хорде, помимо сомитогенеза участвует в ранних стадиях миогенной спецификации мезодермы.	NKX 2.2 Транскрипционный фактор Nkx2.2 впервые экспрессирутеся в панкреатическом эпителии , когда формируются дорсальный зачаток на 9,5 день эмбрионального развития мыши [5•]. По мере дифференцировки экспрессия Nkx2.2 ограничивается всеми β клетками и большинством α и PP клеток. Экспрессия не выявляется в зрелых δ клетках. у Nkx2.2 гомозиготных мутантных мышей уменьшена масса островковых клеток с полным отсутствием инсулин-позитивных клеток и сильной редукцией популяции глюкагоновых клеток [5•].Неожиданно, соматостатин-продуцирующие клетки остаются неповрежденными и наблюдается лишь незначительное уменьшение популяии РР-продуцирующих клеток. Клетки в мутантных островковых кластерах не экспрессируют инсулин, транспортер глюкозы 2 или глюкокиназные характеристики зрелых гормон-продуцирующих β клеток, но обнаруживаются некоторые ранние маркеры такие как Pdx1, Pax6, островковые миэлоидные полипептиды и конвертаза прогормона 1/3 , указывая на то, что клетки подвергаются до некоторой степени дифференцировке в сторону β-клеток, прежде чем задержаться в незрелом состоянии. Следовательно, Nkx2.2 вовлекается в терминальную дифференцировку β клеток в функциональные гормон-продуцирующие клетки . Sussel L, Kalamaras J, Hartigan-O'Connor D, Meneses J, Pedersen R, Rubenstein J, German M: *Mice lacking the homeodomain transcription factor Nkx2.2* have diabetes due to arrested differentiation of pancreatic β-cells.** Development1998,125:2213–2221. NKX 2.5 Nkx-2.5 как и многие другие гомеобоксные гены экспрессируется в ряде тканей: сердце, глоточной эндодерме, щитовидке, языке, селезенке и должен взаимодействовать с другими регуляторными циркуитами, контролирующими ткане-специфическую транскрипцию. Ген мыши Nkx-2.5/Csx экспрессируется в ранних клетках предшественниках сердца, до кардиогеной дифференцировки и продолжает экспрессроваться в кардиальных миоцитах в течение всего развития. У нулевых Nkx-2.5 мутантных мышей выявляются нарушения в развитии сердца на 8,5 день, не образуется сердечная петля. Nkx-2.5 гомеодомен связывается с ДНК посредством serum response element (SRE), который предназначен для связывания serum response factor (SRF). Одним из механизмов, с помощью которого Nkx2 5 может осуществлять клеточноспецифичные программы - это активация транскрипции с помощью ткане-ограниченных ко-факторов , таких как CARP. Активность промотора CARP может регулироваться с помощью Nkx2.5 в сердечной мышце. Nkx2 5 необходим для экспрессии эндогенного MLC2v. Однако 250 п.н. промотора MLC2v гена нечувстивтельны к мутации Nkx2 5. Очевидно, что позитивный Nkx2 5-зависимый элемент лежит выше 250 п.н. проксимального промотора CARP, обусловливает негативный эффект на HF1 элемент из 250 п.н. MLC2v промотора. Предполагается, что Nkx2 5 или непосредственно регулирует MLC2v или активирует другой фактор swhich in turn regulates MLC2v positively посредством вышестоящего элемента. В тоже время Nkx2 5 также активирует прямо или косвенно ген carp, который негативно модулирует экспрессию MLC2v через посредство HF1 элемента, так что экспрессия MLC2v может поддерживаться на определенном уровне .Так как Nkx2 5 является ранним кардиогенным фактором , то он может активировать широкую панель генов, включая позитивные и негативные регуляторные гены. Нижестоящие гены затем могут участвовать в обеспечении экспрессии специфических сердечных мышечных генов в ответ на другие сигналы или онтогенетичекие или физиологические. NKX 2.8 Выделены и функционально охарактеризованы Nkx 2.8(cNkx-2.8) кДНК и белок у эмбрионов кур и определен паттерн экспрессии( Reecy et al., 1997).cNkx2-8 содержит 3 высоко законсервированные области TN-, NK2-, and homeodomains , которые характерны для этой группы белков . Транскрипты cNkx-2.8 впервые обнаруживаются у эмбрионов кур на стадии HH 7 в спланхноплевре. На стадии 10(+)ген cNkx-2.8 экспрессируется в сердечной трубке и дорсальной половине вителлиновой вены . Однако после образования сердечной петли , HH stage 13, cNkx-2.8 больше не экспрессируется в петле сердечной трубки , но экспрессируется в вентральной глоточной энтодерме. На стадии 15 помимо экспрессии в глотке cNkx-2.8 экспрессируется в эктодерме глоточных дуг и аортальном мешке . На HH 17 стадии экспрессия cNkx-2.8 обнаруживается в латеральной энтодерме второго и третьего глоточных карманов , в задней части аортального мешка и венозном синусе. cNkx-2.8 связывается с ранее охарактеризованными Nkx2-1 и Nkx2-5 ДНК-связывающими сайтами , а избыточная экспрессия cNkx-2.8 трансактивирует минимальный промотор, который содержит мультимеризованный (multimerized) Nkx-2 ДНК-связывающий сайт. Кроме того cNkx-2.8 and serum response factor могут ко-активировать минимальный промотор cardiac alpha-actin. Экспрессия cNkx2-8 частично перекрывается с доменами экспрессии других NK генов, таких как Nkx2-5 и Nkx2-3, начало и домены их экспрессии специфичны . Эти результаты согласуются с моделью, согласно которой cNkx-2.8 выполняет уникальную во времени и пространстве функцию в развивающемя эмбриональном сердце и глоточных областях . Более того, ко-экспрессия cNkx-2.5 и -2.8 открывает возможность того, что cNkx-2.8 выполняет дублирующую роль cNkx-2.5 в coalescing сердечной трубке и может играть важную роль в транскрипционной программе(ах), лежащей в основен формирования тимуса. Существование множественного семейства NK-2 family, члены которого имеют частично перекрывающикеся паттерны экспресиии обсуждается в свете гипотезы "Nkx code." NKX 6.1 Гомоеобоксный ген Nkx-6.1 отдаленно сходен с членами Nkx-семейства. Bпервые обнаружен в развивающейся поджелудочной железе. Затем было установлено, что он также экспресируется в вентральной области развивающейся ЦНС. Самая ранння экспрессия Nkx-6.1 обнаруживается на ст. нейральной пластинки в виде двух парамедианных столбов вдоль всей нейральной оси, включая передний мозг. На поздних стадиях Nkx-6.1 экспрессия ограничивается вентролатеральными нейроэпителиальными клетками, из которых формируются Islet-1+ моторные нейроны. Вентральная экспрессия Nkx-6.1 в спинном мозге, по-видимому, индуцируется Shh, белком серетируемым хордой и донной пластинкой. Позднее на стадии нейрогенеза Nkx-6.1 экспресия сохраняется в субнаборах неидентифицированых Islrt-1+ моторных нейронов. Исследовали спинной мозг 4-дневных (ст.22) эмбрионов кур , когда генерируются отдельные популяции двигательных нейронов. Экспрессия Nkx-6.1 обнаруживается в субнаборе двигательных нейронов в брахиальной и поясничной областях. В шейной области небольшое количество клеток в более дистальном положении также было Nkx-6.1-позитивным. Следовательно двигательные нейроны брахиальной и поясничной областей происходят из латеральных моторных столбов. Экспрессия Nkx-6.1 в брахиальных моторныхй нейронах сохраняется и на ст. Е6 и Е10, но быстро исчезает после 12-го дня. Nkx-6.1+ нейроны ко-экспрессируют Islet-1 в брахиальной области на Е5-7. В это время выделяется субкласс моторных нейронов и может быть идентифицирован по экспрессии Lim гомеобоксного гена. Начиная с Е5 Nkx-6.1+ моторные нейроны брахиальной области ограничены медиальными половинами латеральных столбов моторных нейронов. В них отсутствует экспрессия Lim-1/2. Экспрессия Nkx-6.1 выявляется также в проспективных вентральных менингеальных клетках, располагающихся между донной пластинкой и хордой. Эта экспрессия обнаруживается на всех ростро-каудальных уровнях с наивысшим уровнем на Е4. Затем экспрессия Nkx-6.1 постепенно снижается и к Е10 обнаруживается только слабый сигнал. Возможно что в этих облочках Nkx-6.1 индуцируется сигналами, специфичными для донной пластинки. Однако было показано, что Nkx-6.1 транскрипция в вентральной части спинного мозга и менигиальной оболочки не нуждается в сигналах от донной пластинки. Напротив Shh от хорды необходим для вентральной экспрессии Nkx-6.1. Экспрессия Nkx-6.1 обнаруживается также в мезенхимных клетках, окружающих энтодерму эпбриональной передней кишки в области пищевода. Экспрессия Nkx-6.1 в передней кишке первоначально обнаруживается в дорсальных мезенхимных и энтодермальных клетках на ст 12. Позднее экспрессия Nkx-6.1 ограничивается всей пищеводной спланхнической мезенхимой на Е4. На Е6 наивысший уровень Nkx-6.1 обнаруживается в самом наружном слое, из которого образуются гладкомышечные волокна. На Е13 экспресия Nkx-6.1 обнаруживается в мышечных слоях muscularis mucosae и m.externa (М1 и М2 соотв.). Nkx-6.1 инициально экспрессируется и в дорсальной мезенхиме трахеального тракта, расположенного непосредственно под пищеводом и позднее в дорсальных гладкомышечных клетках, соединяющих С0образные трахейные хрящи. Транскрипция Nkx-6.1 не обнаруживатся в желудке и кишечнике. Известно, что энтодерма передней кишки экспрессирует Shh во время раннего эмрионального развития. На ст Е6 и Е9 сильная энтодермальная экспрессия Shh обнаруживатся в пищеводе, а экспреccия Nkx-6.1 в мезенхимных клетках, окружающих Shh+ энтодермальные клетки. Однако экспрессия Nkx-6.1 сохранялась у Shh-/- эмбрионов. Следовательно, регуляция Nkx-6.1 в переденей кишке не зависит от Shh.

NKX 2.2

Транскрипционный фактор Nkx2.2 впервые экспрессирутеся в панкреатическом эпителии , когда формируются дорсальный зачаток на 9,5 день эмбрионального развития мыши [5•]. По мере дифференцировки экспрессия Nkx2.2 ограничивается всеми β клетками и большинством α и PP клеток. Экспрессия не выявляется в зрелых δ клетках. у Nkx2.2 гомозиготных мутантных мышей уменьшена масса островковых клеток с полным отсутствием инсулин-позитивных клеток и сильной редукцией популяции глюкагоновых клеток [5•].Неожиданно, соматостатин-продуцирующие клетки остаются неповрежденными и наблюдается лишь незначительное уменьшение популяии РР-продуцирующих клеток. Клетки в мутантных островковых кластерах не экспрессируют инсулин, транспортер глюкозы 2 или глюкокиназные характеристики зрелых гормон-продуцирующих β клеток, но обнаруживаются некоторые ранние маркеры такие как Pdx1, Pax6, островковые миэлоидные полипептиды и конвертаза прогормона 1/3 , указывая на то, что клетки подвергаются до некоторой степени дифференцировке в сторону β-клеток, прежде чем задержаться в незрелом состоянии. Следовательно, Nkx2.2 вовлекается в терминальную дифференцировку β клеток в функциональные гормон-продуцирующие клетки .

Sussel L, Kalamaras J, Hartigan-O'Connor D, Meneses J, Pedersen R, Rubenstein J, German M:
Mice lacking the homeodomain transcription factor Nkx2.2 have diabetes due to arrested differentiation of pancreatic β-cells.
Development1998,125:2213–2221.

NKX 2.5

Nkx-2.5 как и многие другие гомеобоксные гены экспрессируется в ряде тканей: сердце, глоточной эндодерме, щитовидке, языке, селезенке и должен взаимодействовать с другими регуляторными циркуитами, контролирующими ткане-специфическую транскрипцию. Ген мыши Nkx-2.5/Csx экспрессируется в ранних клетках предшественниках сердца, до кардиогеной дифференцировки и продолжает экспрессроваться в кардиальных миоцитах в течение всего развития. У нулевых Nkx-2.5 мутантных мышей выявляются нарушения в развитии сердца на 8,5 день, не образуется сердечная петля. Nkx-2.5 гомеодомен связывается с ДНК посредством serum response element (SRE), который предназначен для связывания serum response factor (SRF).

Одним из механизмов, с помощью которого Nkx2 5 может осуществлять клеточноспецифичные программы - это активация транскрипции с помощью ткане-ограниченных ко-факторов , таких как CARP. Активность промотора CARP может регулироваться с помощью Nkx2.5 в сердечной мышце. Nkx2 5 необходим для экспрессии эндогенного MLC2v. Однако 250 п.н. промотора MLC2v гена нечувстивтельны к мутации Nkx2 5. Очевидно, что позитивный Nkx2 5-зависимый элемент лежит выше 250 п.н. проксимального промотора CARP, обусловливает негативный эффект на HF1 элемент из 250 п.н. MLC2v промотора. Предполагается, что Nkx2 5 или непосредственно регулирует MLC2v или активирует другой фактор swhich in turn regulates MLC2v positively посредством вышестоящего элемента. В тоже время Nkx2 5 также активирует прямо или косвенно ген carp, который негативно модулирует экспрессию MLC2v через посредство HF1 элемента, так что экспрессия MLC2v может поддерживаться на определенном уровне .Так как Nkx2 5 является ранним кардиогенным фактором , то он может активировать широкую панель генов, включая позитивные и негативные регуляторные гены. Нижестоящие гены затем могут участвовать в обеспечении экспрессии специфических сердечных мышечных генов в ответ на другие сигналы или онтогенетичекие или физиологические.

NKX 2.8

Выделены и функционально охарактеризованы Nkx 2.8(cNkx-2.8) кДНК и белок у эмбрионов кур и определен паттерн экспрессии( Reecy et al., 1997).cNkx2-8 содержит 3 высоко законсервированные области TN-, NK2-, and homeodomains , которые характерны для этой группы белков . Транскрипты cNkx-2.8 впервые обнаруживаются у эмбрионов кур на стадии HH 7 в спланхноплевре. На стадии 10(+)ген cNkx-2.8 экспрессируется в сердечной трубке и дорсальной половине вителлиновой вены . Однако после образования сердечной петли , HH stage 13, cNkx-2.8 больше не экспрессируется в петле сердечной трубки , но экспрессируется в вентральной глоточной энтодерме. На стадии 15 помимо экспрессии в глотке cNkx-2.8 экспрессируется в эктодерме глоточных дуг и аортальном мешке . На HH 17 стадии экспрессия cNkx-2.8 обнаруживается в латеральной энтодерме второго и третьего глоточных карманов , в задней части аортального мешка и венозном синусе. cNkx-2.8 связывается с ранее охарактеризованными Nkx2-1 и Nkx2-5 ДНК-связывающими сайтами , а избыточная экспрессия cNkx-2.8 трансактивирует минимальный промотор, который содержит мультимеризованный (multimerized) Nkx-2 ДНК-связывающий сайт. Кроме того cNkx-2.8 and serum response factor могут ко-активировать минимальный промотор cardiac alpha-actin. Экспрессия cNkx2-8 частично перекрывается с доменами экспрессии других NK генов, таких как Nkx2-5 и Nkx2-3, начало и домены их экспрессии специфичны . Эти результаты согласуются с моделью, согласно которой cNkx-2.8 выполняет уникальную во времени и пространстве функцию в развивающемя эмбриональном сердце и глоточных областях . Более того, ко-экспрессия cNkx-2.5 и -2.8 открывает возможность того, что cNkx-2.8 выполняет дублирующую роль cNkx-2.5 в coalescing сердечной трубке и может играть важную роль в транскрипционной программе(ах), лежащей в основен формирования тимуса. Существование множественного семейства NK-2 family, члены которого имеют частично перекрывающикеся паттерны экспресиии обсуждается в свете гипотезы "Nkx code."

NKX 6.1

Гомоеобоксный ген Nkx-6.1 отдаленно сходен с членами Nkx-семейства. Bпервые обнаружен в развивающейся поджелудочной железе. Затем было установлено, что он также экспресируется в вентральной области развивающейся ЦНС. Самая ранння экспрессия Nkx-6.1 обнаруживается на ст. нейральной пластинки в виде двух парамедианных столбов вдоль всей нейральной оси, включая передний мозг. На поздних стадиях Nkx-6.1 экспрессия ограничивается вентролатеральными нейроэпителиальными клетками, из которых формируются Islet-1+ моторные нейроны. Вентральная экспрессия Nkx-6.1 в спинном мозге, по-видимому, индуцируется Shh, белком серетируемым хордой и донной пластинкой.

Позднее на стадии нейрогенеза Nkx-6.1 экспресия сохраняется в субнаборах неидентифицированых Islrt-1+ моторных нейронов. Исследовали спинной мозг 4-дневных (ст.22) эмбрионов кур , когда генерируются отдельные популяции двигательных нейронов. Экспрессия Nkx-6.1 обнаруживается в субнаборе двигательных нейронов в брахиальной и поясничной областях. В шейной области небольшое количество клеток в более дистальном положении также было Nkx-6.1-позитивным. Следовательно двигательные нейроны брахиальной и поясничной областей происходят из латеральных моторных столбов. Экспрессия Nkx-6.1 в брахиальных моторныхй нейронах сохраняется и на ст. Е6 и Е10, но быстро исчезает после 12-го дня.

Nkx-6.1+ нейроны ко-экспрессируют Islet-1 в брахиальной области на Е5-7. В это время выделяется субкласс моторных нейронов и может быть идентифицирован по экспрессии Lim гомеобоксного гена. Начиная с Е5 Nkx-6.1+ моторные нейроны брахиальной области ограничены медиальными половинами латеральных столбов моторных нейронов. В них отсутствует экспрессия Lim-1/2.

Экспрессия Nkx-6.1 выявляется также в проспективных вентральных менингеальных клетках, располагающихся между донной пластинкой и хордой. Эта экспрессия обнаруживается на всех ростро-каудальных уровнях с наивысшим уровнем на Е4. Затем экспрессия Nkx-6.1 постепенно снижается и к Е10 обнаруживается только слабый сигнал. Возможно что в этих облочках Nkx-6.1 индуцируется сигналами, специфичными для донной пластинки. Однако было показано, что Nkx-6.1 транскрипция в вентральной части спинного мозга и менигиальной оболочки не нуждается в сигналах от донной пластинки. Напротив Shh от хорды необходим для вентральной экспрессии Nkx-6.1.

Экспрессия Nkx-6.1 обнаруживается также в мезенхимных клетках, окружающих энтодерму эпбриональной передней кишки в области пищевода. Экспрессия Nkx-6.1 в передней кишке первоначально обнаруживается в дорсальных мезенхимных и энтодермальных клетках на ст 12. Позднее экспрессия Nkx-6.1 ограничивается всей пищеводной спланхнической мезенхимой на Е4. На Е6 наивысший уровень Nkx-6.1 обнаруживается в самом наружном слое, из которого образуются гладкомышечные волокна. На Е13 экспресия Nkx-6.1 обнаруживается в мышечных слоях muscularis mucosae и m.externa (М1 и М2 соотв.). Nkx-6.1 инициально экспрессируется и в дорсальной мезенхиме трахеального тракта, расположенного непосредственно под пищеводом и позднее в дорсальных гладкомышечных клетках, соединяющих С0образные трахейные хрящи. Транскрипция Nkx-6.1 не обнаруживатся в желудке и кишечнике.

Известно, что энтодерма передней кишки экспрессирует Shh во время раннего эмрионального развития. На ст Е6 и Е9 сильная энтодермальная экспрессия Shh обнаруживатся в пищеводе, а экспреccия Nkx-6.1 в мезенхимных клетках, окружающих Shh+ энтодермальные клетки. Однако экспрессия Nkx-6.1 сохранялась у Shh-/- эмбрионов. Следовательно, регуляция Nkx-6.1 в переденей кишке не зависит от Shh.

NKX семейство гомеобоксных генов

NKX 2.2

NKX 2.5

NKX 2.8

NKX 6.1