NEURAL PLATE PATTERNING: UPSTREAM AND DOWNSTREAM OF THE ISTHMIC ORGANIZER
Wolfgang Wurst & Laure Bally-Cuif
Nature Reviews Neuroscience 2, N 2, 99 -108 (2001))
Nature Reviews Neuroscience 2, N 2, 99 -108 (2001))
(Рис.1.) | Dynamics of gene expression patterns at the mid-hindbrain border.
(Рис.2.) | The border between Otx2 and Gbx2 identifies the mes-metencephalic boundary and positions the isthmic organizer.
(Рис.3.) | Genetic interactions of mid-hindbrain induction and maintenance.
(Рис.4.) | The interplay between the signals that pattern anteroposterior and dorsoventral specifies neuronal identities at the mid-hindbrain border.
(animated online)
Два организующих центра оперируют на большом расстоянии внутри передней части нейральной пластинки, чтобы сформировать паттерн переднего, среднего и заднего мозга. Достигнут важный прогресс в понимании формирования и функции одного из этих организующих центров, isthmic организатора, который контролирует развитие среднего мозга и передней части заднего мозга.
Локальные сигнальные центры являются являются важными в формировании паттерна нейральной оси. Истмический организатор (isthmic organizer (IsO)), корорый расположен в месте соединения среднего и заднего мозга, является одним из таких центров. IsO участвует в развитии мезэнцефалических и метэнцефалических структур.
Трансплантационные экспреименты привели к идентификации IsO и предоставили наиболее убедительные доказательства его организующей активности. Трансплантации ткани из соединения среднего и заднего мозга в эктопические места индуцировали мез-метэнцефалические судьбы паттерны геннеой экспрессии в ткани хозяина. Индуцированные ткани обнаруживали ту же самую полярность, которая наблюается в интактном головном мозге.
Паттерны экспрессии генов в мез-метэнцефалическом соединении помогли определить их молекулярные особенности (identity). Ранняя экспрессия транскрипционных факторов Otx2 и Gbx2, по-видимому, предопределяет проспективные mesencephalic и metencephalic домены, соответственно. Граница между территориями экспрессии этих двух молекул, соответствует положению IsO у эмбрионов, и это подтверждено генетическими и эмбриологическими экспреиментами.
На поздних стадиях развития, экспрессируются др. молекулы в соединении между средним и задним мозгом. Сюда входят члены семейств En и Pax транскрипционных факторов, а также секретируемые молекулы Fgf8 и Wnt1. Хотя экспрессия всех этих молекул необходима для развития среднего и заднего мозга, однако Fgf8 было уделено больше внимания как медиатору активности IsO.
Эктопическое высвобождение Fgf8 частично воспроизводит эффект трансплантации IsO. Было предположено, что Fgf8 не индуцирует образование эктопического организатора, но участвует в позитивной петли, которая поддерживает IsO и передает его активность. В то же самое время, активность IsO контролируется с помощью негативной регуляторной петли, которая запускается с помощью самого IsO, а также с помощью негативных влияний со стороны соседних тканей.
Взаимодействия между дорсовентральными и передне-задними сигналами, по-видимому, необходимы для развиатия специфических нейрональных суб-популяций в среднем и заднем мозге. Генерация dopamine и noradrenaline нейронов, по-видимому, является результатом сочетанного действия дорсовентральных сигналов из IsO и молекул, участвующих в формировании передне-заднего паттерна, таких как Sonic hedgehog или членов семейства BMP.
Какие факторы индуцируют экспрессию Otx2 и Gbx2? Какова функция Wnt1 в mid-hindbrain домене? Какие факторы детерминируют полярность тканей, индуцируемых IsO? Вопросы, которые ждут решения в первую очередь.