Существуют интресные параллели между асиметричными делениями и полярностью, установленной в эпителиальных клетках, и гетеромерными G белками. Обнаружение асимметрично сегрегирующих белков у позвоночных указывает на то, что результаты, полученные на беспозвоночных модельных организмах м.б. приложимы и к стволовым клеткам млекопитающих.

Сначала устанавливается ось полярности в материнской клетке, скоординированная с общим планом тела, затем детерминанты клеточной судьбы локализуеются асимметрично вдоль этой оси и во время митоза митотическое веретено ориентируется вдоль этой оси, так что в результате цитокинеза образуются дочерние клетки, содержащие различные концентрации этих детерминант (Рис. 1).

Первое клеточное деление у C. elegans ZYGOTE и асимметричные деления в Drosophila NEUROBLASTS являются примерами гомологичных механизмов и белковых machineries в двух системах. Асимметричные клеточные деления в периферической нервной системе Drosophila и некоторых клетках C. elegans используют второй механизм и ориентируются с помощью внеклетоных сигналов, передаваемых через SEVEN-TRANSMEMBRANE RECEPTORS. Показано, что HETEROTRIMERIC GUANINE-NUCLEOTIDE-BINDING (G) белки участвуют в обоих механизмах, интегрируя extrinsic и intrinsic пути установления оси полярности.

The Par proteins in C. elegans

Червь является идаельной модельной системой для изучения асимметричных делений клеток, т.к. во время развития все соматические клетки генерируются в стереотипические клоны. Даже первое деление зиготы C. elegans асимметрично, оно дает большую аереднюю AB клетку и малую заднюю P1 клетку, каждая из которых экспрессирует разные белки и дает различные типы клеток (Рис. 2a). Белки цинковые пальчикм MEX-5 и MEX-6 локализуются асимметрично в передней половине цитоплазмы зиготы и сегрегируют в AB клетку (Рис. 2b). В случае их отсуствия некоторые белки, обычно ограниченные AB (GLP-1 и MEX-3) или P1 (SKN-1, PAL-1, MEX-1 и POS-1) оказываются в обеих дочерних клетках в результате они специфицируются неправильно. Следовательно, MEX-5 и MEX-6 выполняют ключевую функцию в установлении асииметричной экспресси белковв AB и P1.

Асимметричное распределение MEX-5 и MEX-6 нуждается в ряде белков, называемых Par белками (от 'partitioning defective'). Подобно MEX-5/6, Par белки необходимы для дифференциальной экспрессии генов в AB и P1, но они также влиют на размер асимметрии между AB и P1 и ориентацию второго клеточного деления. PDZ DOMAIN белки PAR-3 и PAR-6 и atypical protein kinase C PKC-3, ко-локизуются в кортексе переденй клетки перед и во время первого митоза и сегрегируют в AB клетку. у par-3, par-6 или pkc-3 мутантов митотическое веретено не способно двигаться по направлению кзади во время первого клеточного деления и AB и P1 имеют одинаковые размеры. У эмбрионов дикого типа второе клеточное деление в AB происходит перпендикулярно первому делнеию, тогда как P1 делится вдоль передне-задней оси. У par-3, par-6 или pkc-3 мутантов, однако, обе дочерние клетки ведут себя подобно P1 и делятся вдоль передне-задней оси. Следовательно, эти белки предопределяют передний домен кортекса клетки.

Задний домен предопределяется с помощью RING FINGER белка PAR-2 и serine/threonine kinase PAR-1, оба локализуются на заджней части кортекса клетки и сегрегирруют в P1. У par-2 мутантов, обе дочерние клетки зиготы ведут себя подобно AB и делятся перпендикулярно первому делению. У par-1 мутантов, напротив, как AB так и P1 делятся в нормальной ориентации, но P-гранулы — большие рибонуклеопротеиновые частицы, которые обычно сегрегируют в P1 и деградируют в AB — не сегрегируют и исчезают из обеих дочерних клеток, указывая тем самым, что PAR-1 и PAR-2 м. предопределять заднюю часть кортекса зиготы. Т.обр., ось полярности зиготы C. elegans устанавливается с помощью генетического каскада Par белков, которые подразделяют клеточный кортекс на передний и задний домен.

Asymmetric division in Drosophila neuroblasts

Функция Par белков в клеточной полярности эволюционно законсервирована. Нейробласты Drosophila предшественники ЦНС, возникают из поляризованных эпителиальных клеток во время развития. Когда клетки специфицированы, чтобы стать нейробластами, они покрдают эпителий и движутся в более базальное положение (процесс delamination). Вскоре после деления, они делятся асимметрично вдоль апикально-базальной оси, давая малую базальную и большую апикальную дочернюю клетку (Рис. 3a). Базальная дочерняя клетка, GANGLION MOTHER CELL (GMC) делится только раз, давая два дифференцирующихся нейрона, тогда как апикальная дочерняя клетка сохраняет характеристики нейробласта и продолжает делиться подобно стволовой клетке.

Кандидатами в детерминанты клеточной судьбы, предопределяющими асимметричную сегрегацию являются белки Prospero, Staufen, Miranda, Numb и PON (Partner of Numb), которые локализуются асимметрично в виде месяце-образного паттерна в базальной части кортекса нейробласта во время митоза и сегрегируют в GMC (Рис. 3b). Prospero является транскрипционным фактором, который втсупает в GMC ядро после митоза и необходим для запуска транскрипции GMC-специфичных генов и выключения генов, специфичных для нейробластов в GMC. РНК Prospero, подобно белку, сегрегирует в GMC и эта сегрегация обеспечивается белком Staufen, который связывается с 3' нетранслируемой областью РНК Prospero RNA.

Miranda является COILED-COIL белком, который связывается с Prospero и Staufen и необходим для их транслокации в кортекс клетки и для их асимметричного расхождения во время митоза. Кортикальный белок Numb, который содержит phosphotyrosine-связывающий домен, действует как детерминант сегрегации и хорошо охарактеризован в др. тканях. В клетках-предшественниках сенсорного органа SOP CELLS), напр., Numb функционирует путем репрессии передачи сигналов Notch с помощью неизвестного механизма. Хотя функцию Numb's по спецификации GMC's судьбы необходимо еще доказать, он транспортируется в GMC во время метафазы с целью суперскручивания белка PON.

Базальный белковый полумесяц в нейробластах всегда лежит поверх одного из двух полюсов веретена. Хотя образование полумесяца и ориентация веретена являются независимыми событиями, они, по-видимому. используют одни и те же пространственные сигналы. Стержневым компонентом белковой кухни (machinery), которая производит сигналы является белок, называемый Inscuteable, который не присутствует в эпителиальных клетках, но ориентирует некоторые независимые события во время асимметричного клеточного деления в нейробластах (Рис. 4). Во время delamination нейробластов Inscuteable накапливается в ножке, которая распространяется в эпителиальный слой клеток.Эта ножка позднее втягивается в полностью отделившемся нейробласте, а Inscuteable образует серп в апикальном кортексе клетки. Этот серп сохраняется во время большей части первого митоза вплоть до его исчезновения в телофазе. В отсутствие Inscuteable, митотические веретена нейробластов неспособны ротировать в апикально-базальную ориентацию, и нейробалсты делятся в случайной ориентации. Numb, Prospero и Miranda все еще локализованы асимметрично, но их серпы формируются в случайном положени относительно клеточного кортекса и больше не коррелируют с одним из полюсов веретена.

Par proteins in Drosophila

Апикальная локализация Inscuteable нуждается в белкеBazooka, который соединяет асимметрические клеточные деления в нейробластах с осью эпителиальной апикально-базальной полярности. В противоположность Inscuteable, Bazooka экспрессируется в эпителиальных клетках, где она локализуется в апикальном кортексе клеток и необходим для эпителиальной апикально-базальной полярности (Рис. 4a). Апикальная локализация Bazooka сохраняется, когда нейробласты выходят из эпителия. В таки деламинирующих нейробластах, Inscuteable и Bazooka локализуются вместе на апикальном кортексе клеткиt (Рис. 4a), а Bazooka м. связываться с Inscuteable in vivo и in vitro. У мутантов inscuteable, плумесяцы Bazooka в нейробластах все еще м. определяться, хотя они становятся очень слабыми. Напротив, в отсутствие Bazooka, Inscuteable перемещается в цитоплазму, это ведет к неправильной ориентации делений нейробалстов, сходных с теми, что наблюдаются у мутантов inscuteable (Рис. 4b).

Bazooka zdkztncz Drosophila ORTHOLOGUE C. elegans PAR-3, указывая тем самым, что PAR-6/PAR-3/PKC-3 комплекс функционально законсервирован. В самом деле, PAR-6 и PKC-3 , как было показано, управляет клеточной полярностью Drosophila эпителиальных клеток и нейробластов. Подобно Bazooka, Drosophila PAR-6 гомолог DmPAR-6 и PKC-3 гомолог DaPKC ( Drosophila, атипическая protein kinase C) локализуются атипически в эпителиалных клетках и нейробластах. Три белка связываются др. с др. , в отсутствие любого одного белка др. два релокализуются в цитоплазму. В нейробластах Inscuteable интегрируется в этот комплекс путем непосредственного связывания с Bazooka. Все три белка нуждаются в Inscuteable локализации, ориентациии веретена и базальной локализации Numb, Miranda и Prospero. Однако, некоторые отличия между фенотипами inscuteable и bazooka укзывают на то, что локализация Inscuteable является не только функцией апикального Bazooka–DmPAR-6–DaPKC комплекса (Рис. 4b). У мутантов inscuteable, серпы Numb и Miranda существенно смещены; однако, они не образуются совсем в отсутствие или Bazooka или DmPAR-6. Итак, Bazooka, DmPAR-6 или DaPKC м. взаимодействовать непосредственно с Numb и Miranda localization machinery. Тот факт, что Miranda содержит 6 PKC консенсусов сайтов фосфорилирования согласуется с функциональной связью — без участия Inscuteable — между DaPKC и Miranda.

Гомологи PAR-3, PAR-6 и PKC-3 обнаружены также у позвоночных. Они локализуются в TIGHT JUNCTIONS в эпителиальных клетках и, подобно их аналогам у беспозвоночных, по-видимому, участвуют в обеспечении эпителиальной полярности. Подобно Drosophila белкам, PAR-3, PAR-6 и atypical protein kinase C (aPKC) PKC-ζ млекопитающих взаимодействуют как комплекс, образование которого м. регулировать активность aPKC>. PAR-6 связывается с PAR-3, а также с GTPases Cdc42 и Rac1, которые регулируют актиновый цитоскелет. Взаимодействие специфично для активированной, GTP-связанной формы Cdc42 и Rac1, и осуществляется благодаря 'CRIB domain' в PAR-6 — мотиву, который связывает активированный Cdc42. Т.обр., PAR-3–PAR-6–aPKC комплекс м. поставлять активный Cdc42 в апикальный кортекс эпителиальных клеток, поляризуя тем самым актиновый цитоскелет. Из-за инактивации cdc42 у C. elegans возникает дефект ассиметрии во время первого деления клетки, функция комплекса во время асимметрических клеточных делений м. следовать подобному же механизму.

Wingless receptors and cell polarity

В то время как Par белки осуществляют присущий клеткам механизм поляризации, передача сигналов через seven-transmembrane рецепторы FRIZZLED v/ устанавливать ось полярности в ответ на внеклеточные сигналы. У C. elegans, Par белки необязательны для асимметричных клеточных делений. P1 клетка — задняя дочерняя клетка первого деления — продуцирует переднюю EMS клетку и занюю P2 клетку. Асимметричное деление EMS клетки на переднюю, мезодерм-продуцирующую MS клетку и заднююr, энтодерм-продуцирующую E клетку использует дв. механизм. Как правильная ориентация веретена, так и генерация судеб асимметричных клеток во время этого деления, по-виджиому, управляются сигналами от соседней P2 клетки: изолированные EMS клетки неспособны ориентировать свои веретена и следовательно дают две мезодерм-продуцирующие MS-подобные дочерние клетки. Однако, контакт с культивруемой P2 клеткой на ранней ст. клеточного цикла индуцирует ротацию веретена в направлении точки контакта и поляризует клетку так, что энтодерм-продуцирующая E клетка рождается рядом с P2 клеткой.

Несколько генов необходимо для этого сигналоного события. У эмбрионов, которые мутантны по любому из пяти mom ('more mesoderm') генов, обе EMS дочерние клетки становятся MS клетками; pop-1 мутанты, напротив, продуцируют две Е клетки и не образуют MS. Гены mom и pop являются членами wingless сигнального пути: mom-2 кодирует wingless гомологи, mom-5 является Frizzled-подобным wingless рецептором, а pop-1 является TCF/Lef-подобным транскрипционным фактором, который действует как ядерная мишень в этом сигнальном событии. Ген mom-2 необходим в P2 клетке, а mom-5 необходим в EMS клетке (Рис. 5a), указывая тем, что wingless-зависимыйй сигнал от P2 к EMS ориентирует ось полярности в этой клетке.

Frizzled действет также в асимметричных делениях Drosophila SOPклеток; у организмов дикого типа они делятся асимметрично вдоль передне-задней оси. Они дают переднюю pIIa клетку, из которой образуется наружная струкутра органа, и заднюю pIIb клетку, которая дает внутренние клетки. Numb является ключевым для генерации асимметрии во время этого деления. Numb локализуется в серпе вдоль кортекса задней части клетки и сегрегирует в pIIb клетку. В отсутствие Numb, pIIb полностью трансформируется в pIIa и, напротив, при избыточной экспрессии Numb образуются две pIIb клетка. Однако, в отличие от нейробластов, локализация Numb в SOP клетках не зависит от inscuteable — вместо этого, ориентация деления SOP клетки связана с феноменом planar polarity.

Плоскостная полярность (рlanar polarity) описывает полярзацию эпителиальных клеток внутри эпителиальной плоскости, напр., вдоль передне-задней оси. У Drosophila она отвечает за направленный рост крыловых волосков и правильную ориентацию кластеров фоторецепторов в глазах. Плоскостная полярность использует передачу сигналов через wingless рейепторы Frizzled (Рис. 5b), хотя путь передачи сигнала отличается от классического пути wingless — фактически, она м. даже не использовать wingless. У мутантов frizzled SOP клетки делятся в случайной ориентации. Однако, в большинстве этих SOP клеток серп Numb все еще образуется поверх одного из двух полюсов веретена и судьбы дочерниз клеток специфицируются правильно, указывая тем самым, что ось полярности устанавливается, но принимает случайную ориентацию. Мутации тканевой полярности, следовательно, не являются функциональными эквивалентами мутантов inscuteable — др. механизм должен координировать ориентацию веретена и локализацию Numb в клетках SOP. Однако, установлено, что Frizzled-зависимая передача внеклточных сигналов обеспечивает второй механизм ориентации асимметричных клеточных делений, который законсервирован в ходе эволюции.

Heterotrimeric G proteins

Как внутренне присущие (Inscuteable и Par-protein-dependent), так и внешние (Frizzled-dependent) механизмы м. ориентировать асимметричные клеточные деления. Гетеромерные G белки д.б. нижестоящими мишенями в обоих механизмах. У C. elegans, эмбрионы, мутанные по Gβ субъединице GPB-1 или Gγ субъединице GPC-2, или двойные мутанты Gα субъединиц GOA-1 и GPA-16, имеют дефекты различных аспектов позиционирования и ориентации веретена. Белки Par правильно локализованы у этих мутантов, указывая тем самым, что ось полярности заложена, но не интерпретируется. У Gβ мутантов митотические веретена неправильно ориентированы как в P1 клетке (intrinsic pathway), так и в EMS клетке (extrinsic pathway), указывая тем самым, что оба внутренне присущий и внешний пути нуждаются в гетеромерных G белках.

Гетеромерные G белки обычно функционируют ниже seven-transmembrane рецепторов на пути передачи внеклеточных сигналов. Внешний путь использует seven-transmembrane рецепторы Frizzled. Хотя купирование G-белка Frizzled рецепторами у Drosophila и C. elegans не показано, но некоторые Frizzled-зависимые реакции у эмбрионов рыбок данио м. блокироваться с помощью токсина pertussis, ингибиторагетеромерных G белков. Итак, G белки м. функционировать ниже Frizzled рецепторов внешнего пути.

Труднее показать, как гетеромерные G белки функционируют на внутренне присущем пути. Эксперименты на нейробластах Drosophila выявили потенциальный механизм активации G-белков независимо от рецепторов. При поиске белков, которые связыывают Inscuteable, был идентифицирован белок Pins (Partner of Inscuteable). В нейробластах Pins обнаруживает Inscuteable-зависимое апикальное расположение (Рис. 4a). В эпителиальных клетках, Pins локализуется вокруг клеточного кортекса, но м.б. рекрутирован апикально и с помощью эктопической экспрессии Inscuteable, указывая тем самым, что Inscuteable м.б. молекулярной связью между Pinsи апикально локализованным белком Bazooka. Мутантныеpins нейробласты имеют inscuteable-подобный феноип: митотические веретена непавильно ориентированы, а серпы Numb и Miranda образуются в неправильной позиции. Inscuteable локализация устанавливается, но не поддерживается у этих мутантов. Следовательно, Inscuteable, по-видимому, функционирует путем поставки Pins в апикальный клеточный кортекс нейробластов, а апикально локализованный Pins необходим для поддержани оси полярности и ориентации асимметричных клетоыных делений в нейробластах. Pins содержит несколько т.наз. GoLocoдоменов, которые связываются с α-субъединицами гетеромерных G-белков. В самом деле, Gα белок был обнаружен в Inscuteable–Pins комплексе, указывая тем самым, что Pins м. связывать Inscuteable с передачей сигналов G-белка. Гомолог Pins у крыс, AGS-3, идентифицирован по его способности активировать гетеромерные G белки в отсутствие любого внеклеточного сигнала. Мледовательно, возможно, что Inscuteable и Pins поляризуют нейробласты, активируя сигнальный каскад гетеромерного G-белка в апикальном клеточном кортексе.

Гетеромерные G белки участвуют в обеспечении клеточной полярности и др. систем. У слизистой плесни Dictyostelium поляризация клеток в ответ на цАМФ обеспечивается с помощьюкупированных с G-белком рецепторов, чья активация рекрутирует Pleckstrin homology domain белок CRAC (cytoplasmic regulator of adenylyl cyclase) в место активации (Рис. 6a). В жрожжевых клетках, α-фактор действет как феромон и индуцирует поляризацибю клеток в направлении его источника (Рис. 6b). &alpha-фактор связывается с G-protein-купированным рецептором и вызывает высвобождение Gβ/γ субъединицы внутриклеточного домена рецептора. Свободные Gβ/γ субъединицы рекрутируют Cdc24, фактор обмена для Cdc42 и тем самым локально активируют жту малую GTPase в месте активации рецептора, который в свою очередь, как полагают, поляризует актиновый цитоскелет (Рис. 6c). Т.обр., полярзация клеток с помощью гетеромерных G белков является общим феноменом, а асимметричная активация G-protein сигнального каскада м. б. общим следствием extrinsic и intrinsic путей ори ентации асимметричных клетоыных делений.

Segregation of determinants

Video time-lapse техника белков слияния с green fluorescent protein (GFP) позволяет наблюдать в живую сегрегацию детерминант и актин-зависимый транспорт.

У C. elegans, РНК-связывающий белок PIE-1 сегрегирует в заднюю P1 клетку во время первого клеточного деления. Он продолжает сегрегировать с зародышевой линией и во время последующих делений и явлется необходимым для супрессии транскрипции в зиготе. Белок PIE-1 концентрируется в задней половине цитоплазмы перед делением с помощью актин-зависимого процесса. Остатки PIE-1 в передней дочерней клетке затем деградируют после митоза и эта деградация управляется с помощью отдельной части белка. Итак, и ассиметричная локализация белка и локальная деградация гарантируют собственно сеграгацию PIE-1 в одну из дочерних клеток.

В нейробластах Drosophila и SOP клетках, PON–GFP движется вдоль клеточного кортекса, а митотическое веретено позднее выстраивается по PON серпу. Миозин-зависимый транспорт вдоль кортикального актинового цитоскелета, как полагают, ответственен за эту базальную локализацию. Такж как actin и myosin, белки Discs-large ( DLG) и Lethal (2) giant-larvae ( LGL) также м. принимать участие в PON и Miranda транспортной кухне (machinery). В нейробластах, у которых отсутсвует или эти белки, Miranda, Prospero, PON и Numb не способны формировать базальный серп, даже если митотическое веретено ориентировано правильно. И LGL и DLG необходимы также для апикально-бюазальной полярности эпителиальных клеток. Дефект базальной локализации не является непосредственным следствием дефектов в эпителии, т.к. Bazooka и Inscuteable все еще локализуются апикально у lgl и dlg мутантных нейробластов. Т.обр., LGL и DLG несуществены для закладки оси полярности, но они необходимы для асимметрической локлизации белка вдоль этой оси

И LGL и DLG являются компонентами субмемьранного цитоскелета, и они м. облегчать транспорт детерминант вдоль клеточного кортекса. Показано. что функция DLG's в нейробластах связана с закреплением LGL в клеточном кортексе. LGL, напротив, м. непосредственно связываться с миозином, т.к. он связывается с цитоплазматической миозиновой тяжелой цепью. Генетические взаимодействия указывают, что он действительно ингибирует функцию миозина в нейробластах. In vitro он м. ингибировать само-сборку миозиновых филамент, причем блокирует цитоплазматический миозин в его неконтрактильной форме. Хотя это и не объясняет, как детерминанты транспортируются, модель, в которая локальная ингибиция подвижности миозина обусловливает направленный транспорт, становится действенной. Гомологи LGL дрожжей и млекопитающих уаствуют в слиянии пузырьков, но такой связи не выявлено у Drosophila. В самом деле, разрушение Golgi не ингибирует базальной локализации белка в нейробластах Drosophila, уаазывая тем самым. что LGL не является мишенью для слияния пузырьков в нейробластах.

Как lgl, так и dlg первоначально идентифицированы как опухоль-супрессирующие гены. У обоих мутантов клетки IMAGINAL DISC и нейробласты головного мозга обнаруживают избыточную пролиферацию у личинок. Если избыточная пролиферация имегинальных диско м. б. непрямым следствием дефектов эпителиальной полярности, то нейробласты головного мозга возникают не из эпителиальных клеток. Учитывая, что lgl-дефектные GMCs делятся многократно в отличие от нормальных и не дифференцируются в нейроны, и вообще неспособны сегрегировать детерминанты во время асимметриных клеточных делений, обусловливая опухоли у lgl мутантов, по крайней мере в головном мозге.

Vertebrate

У позвоночных исследования стволовых клеток выявили необычную вариабельность среди потомков индивидуальной клетки (Box 1). Множество разных клетоных судеб м. б. индуцировано путем изменения ростовых факторов в культуральной среде, это указывает на то, что клональные ограничения и внутренне присущая асимметрия выполнют лишь минорную роль. Однако, video time-lapse микроскопия показывает, что кортикальные клетки-предшественники делется на стереотипические клоны — даже в культуре, где направляющие внешние сигналы м.б. в основном исключены. Хотя не имеется четких генетических доказательств для внутренне присущих асимметричных клеточных делений у позвнончных, белки, которые сегрегирую асимметрично во время митозов идентифицированы, в частности в развивающейся нервной системе.

В разивающейся коре у млекопитающих клточные деления происходят в т. наз. вентрикулярной зоне. Нейральные предшественники делятся в вентрикулярной зоне, а дочерние клетки или остаются в этой зоне и продолжат делиться, или уходят прочь, чтоабы дифференцироваться. Эксперименты на коре хорька показали, что дифференцирующиеся нейроны продуцируются в первцю очередь с помощью делений. перпендикулярных вентрикулярной поверхности; параллельные деления дают две стволовые клетки. Асимметричная сеграгация белков участвет в этих перпендикулярных делениях. Один из двух мышиных Numb гомологов экспрессируется в вентрикулярной зоне и локализуется асимметрично в апикальном клеточном кортексе во время митоза (Рис. 7a). Однако, в противоположность Drosophila эта асимметриная апикальная локализация осуществляется независимо от ориентации веретена и во время горизонтальных делений серп Numb рассекается плоскостью деления и белок расходится в обе дочерние клетки (Рис. 7b). Такое же отсутствие корреляции с митотическим веретеном обнаруживается и во время нейрогенеза у эмбрионов кур, хотя здесь Numb локализуется в базальном — a не в апикальном - клеточном кортексе. Учитывая, что Numb нокаутные мыши имеют кортикальные дефекты, то функция Numb по сегрегации детерминант вряд ли ограничена Drosophila .

Асимметричная локализация белка обнаруживается в стволовых клетках и возрослого головного мозга млекопитающих. В то время как большинство взрослых нейронов являются покоящимися, нейроны в носовом эпителии и некоторые нейроны гиппокампа замещаются стволовыми клетками у взрослых. Клональный анализ выявляет стволовые клетки, EPENDYMAL CELLS в вентрикулярной зоне или астроциты в субвентрикулярнрой зоне взрослого гиппокампа. Хотя локализация Numbне определена, но Notch рецепторы локализованы в апикальном кортексе эпендимных клеток. Notch поддерживает недифференцированное состояние в др. типах клеток, поэтому, возможно, что апикально локализованный Notch сегрегирует апикально, в будущие эпендианые клетки и поддерживает судьбу стволовых клеток.

Conclusions

Итак, мы знаем, что Par белки м. подразделять клеточный кортекс на разные домены перед митозом и м. генерировать ось полярности, которая используется во время митоза для ориентации веретена и сегрегации детерминант асимметрично в одну из дочерних клеток. Альтернативно, асимметричные клеточные деления м. б ориентированы с помощью внешних сигналов, передаваемых с помощью seven-transmembrane рецепторов. Хотя G белки м. вовлекаться в оба процесс, однако неясно как эти пути взаимодействуют с оринтирующими веретена и сегрегацию детерминант machineries. Фактически, самой важной задачей является определение молекулярных механизмов, с помощью которых детерминанты асимметрично локализуются и сегрегируют. Важно также опредеить, как эти machineries взаимодействуют с осью полярности.

Еще один вопрос, это ориентация асимметричных делений отностительно предыдущих. Наконец, неоходимо переносить наши знания с мух и червей на млекопитающих. Многие компоненты, включая большинство Par белков, Pins, G белков и детерминанты Numb законсервированы и у позвоночных (Табл. 1>) и есть инструменты для их анализа.

Во время асимметричного деления клетка-предшественник поляризуется, чтобы детерминирующие судьбу клетки детерминанты сегрегировали преимущественно в одну дочернюю клетку, а митотическое веретено ориентируется вдоль соотв. оси перед цитокинезом, чтобы гарантировать правильность деления. В ЦНС Drosophila нейробласты делятся асимметрично вдоль апикально-базальной оси. Petronczki и Knoblich, а также Wodarz et al. показали, что этот процесс сходен с первым клеточнм делением у Caenorhabditis elegans. В нейробластах апикальный белок с PDZ доменом Bazooka находится в комплексе с DmPAR-6 (красный на рисунке) и атипичной protein kinase C, и этот комплекс контролирует апикально-базальную полярность, необходимую для правильной базальной локализации детерминант (таких как Notch антогонист Numb и транскрипционный фактор Prospero), и ассиметричность клеточного деления. Ohshiro et al. а также Peng et al. показали, что гены супрессии опухолей lgl (lethal giant larvae) и dlg (discs large) также существенны для предопределния позиции детерминант в базальном кортексе нейробластов, независимо от комплекса Bazooka. Положение веретена, как известно, контролируется комплексом Bazooka и апикальным белком Inscuteable с его партнером Pins .

В ПНС Drosophila серия асимметричных делений дает наружный сенсорный орган из одной клетки предшественника. Roegiers et al. а также Bellaiche et al. нашли, что когда клетка-предшественник pI делится, то Numb и его партнер М локализуются на переднем полюсе клетки прежде чем ротирует веретено в позицию вдоль передне-задней оси. Локализация Numb и правильное расположение веретена зависят от frizzled и flamingo, два гена, участвующие в плоскостной (planar) полярности.

Roegiers et al. показали также, что деление pIIb клетки сходно с делением нейробласта. Они предположили, что различия внутри одного и того же клона м. возникать из-за экспрессии клетками pIIb гена Inscuteable, тогда как клетки pI не экспрессируют его. Сигнал полярности от комплекса Bazooka (действующий через Inscuteable) м. доминировать над сигналом Frizzled, и вести к апикально-базальной поляризации. Но в отсутствие Inscuteable веретено ориентируется вдоль передне-задней оси, которая специфицируется с помощью Frizzled.

ASYMMETRIC CELL DIVISION IN THE DROSOPHILA NERVOUS SYSTEM
Yuh-Nung Jan & Lily Yeh Jan
Nature Reviews Neuroscience 2, 772 -779 (2001)

Делясь нейробласты дают апикальный нейробласт и базальную ganglion mother cell (GMC). Детерминанты, предопределяющие судьбу клетки, такие как Numb и Prospero оказываются локализованными в базальной части кортекса делящихся нейробластов, так что они сегрегируют в GMC после деления. Клетки sensory organ precursors (SOPs) в периферической нервной системе возникают в результате асимметрических клеточных делений. SOPs подвергаются также нескольким раундам асимметрических клеточных делений, чтобы продуцировать все клетки сенсорного органа, а гены Numb и Prospero важны и в этом процессе.

Ориентация плоскости деления контролируется апикально-базальной полярностью нейробластов, но с помощью плоскостной (planar) полярности в SOPs. Большинство генов, участвующих в контроле ориентации делений, идентифицировано, включая bazooka,который важен как для нейробластов, так и для SOPs.

Полярная сегрегация детерминант таких как Numb тесно согласуется с ориентацией веретена. У мутантов inscuteable с потерей функции, веретена нейробаластов неспособны располагаться в соответствии с сигналами полярности. Результаты, полученные на почкующихся дрожжах, показывают, что клетки м. использовать 'search-and-capture' механизм, чтобы расположить веретено, в результате которого веретено выглядит saws to and fro до тех пор, пока микротрубочки не найдут места связывания в кортексе клетки.

Локализация детерминант, предопределяющих судьбу клетки, в полумесяце, по-видимому, многоступенчатый процесс. В случае Pon (Partner of Numb), инициальная стадия независима от , а поздняя - нет. Гены, которые важны для этого процесса, включают lgl и dlg.

Формирование полумесяца и ориентация веретена происходят на специфической стадии клеточного цикла. Нарушение клеточного цикла нарушает правильную сегрегацию детерминант в полумесяц и ориентацию веретена.

ASYMMETRIC CELL DIVISION DURING ANIMAL DEVELOPMENT