Мышечные Предшественники |
||
|---|---|---|
Emerson и др. описали как основную функцию энзима QSulf1 модифицировать сигнальные ко-факторы, heparan sulphate proteoglycans (HSPGs). Это позволяет клетке отвечать на молекулярные сигналы, такие как Wnt, и трансформироваться в мышечную, вместо кожной или костной клетки.
QSulf1 проливает свет на механизмы, которые м. регулировать реакцию на онтогенетические сигналы для формирования паттерна эмбриона. Хотя онтогенетические сигнальные молекулы, которые контролируют формирование паттерна эмбриона хорошо известны, механизмы, которые регулируют пространственно локализованные реакции на эти сигналы, менее изучены.
Одними из кандидатов на роль регуляторов формирования паттерна эмбрионов являются HSPGs, т.к. они локализованы на клеточной поверхности, где они влияют на различные онтогенетические сигналы. Кроме того, состояние sulphation N-acetyl glucosamine остатков в heparan sulphate половине HSPGs влияет на их активность в передаче сигналов fibroblast growth factor (FGF) и Wnt, указывая тем самым, что HSPG sulphation м. регулировать онтогенитическую передачу сигналов. Однако, механизм действия неясен.
Впервые идентифицирован энзим QSulf1 при скрининге генов, которые экспрессируются у перепела, когда активируется (Shh) передача сигналов - точно в то время, когда пресомитная мезодерма эпителизируется для образования сомитов. QSulf1 является частью эволюционно законсервированного семейства белков, которое связано с heparin-specific N-acetyl glucosamine sulphatases. Показано, что QSulf1 ко-экспрессируется с мышечно-специфичными генами и в чувствительных к Shh предшественниках epaxial мышц - которые дают глубокие мышцы спины и межреберные мышцы у взрослых - вновь формируемых сомитов.
Антисмысловая инактивация QSulf1 обусловливает ингибирование MyoD, но не Myf5, в предшественниках epaxial somite мышц и не нарушает экспрессию Pax3 или Pax1 в сомитах позвоночных. Т.к. Myf5, Pax3 и Pax1 являются отвечающими на Shh генами, то был сделан вывод, что QSulf1 не участвует в передаче сигналов Shh .
Однако, MyoD является Wnt-индуцибельным, это указывает на то, что QSulf1 м. участоввать в передаче сигналов Wnt, которая контролируется HSPGs - скорее всего субстрат для активности QSulf1. Было установлено, что QSulf1 локализуется на клеточной поверхности, а в клетках миогенных предшественников C2C12 обнаружено, что QSulf1 регулирует HSPG-зависимую передачу сигналов Wnt с помощью механизма, который нуждается в его каталитической активности, доказывая тем самым, что QSulf1 регулирует передачу сигналов Wnt посредством desulphation HSPGs на клеточной поверхности.
Предположено, что QSulf1 м. функционировать двухступенчатым механизмом, регулируя HSPG-зависимую передачу сигналов Wnt. Wnts во внеклеточном матриксе м. широко связываться с heparan sulphate половинами HSPGs клеточной поверхности, но только клетки, экспрессирующие QSulf1 на своей поверхности будут десульфатировать гепаран сульфат, чтобы высвободить локально Wnts, связанные HSPG. Это позволяет Wnt активировать регуляторные гены, такие как MyoD, которые затем инструкитруют эти клетки становиться мышечными предшественниками вместо того чтобы стать кожными или костными.
|
Genes that control the development of migrating muscle precursor cells C. Birchmeier, H. Brohmann Curr. Opinion Cell Biol. 2000. V. 12. No 6. P. 725-730 В голове мышцы возникают из клеток нейрального гребня и головной мезодермы, в туловище все мышцы генерируются из дермомиотомов, но развиваются с помощью отличающихся механизмов в разных компартментах дермомиотома.
Клетки медиальной части дермомиотома отслаиваются от в миотом. Эволюционно это самый старый механизм образования эпаксиальных мышц ( глубоких мышц спины). Латеральная часть дермомиотома дает гипаксиальные скелетные мышцы, которые возникают из двух отдельных популяций клеток: немигрирующих и мигрирующих предшественников. Немигрирующие клетки из удлиняющейся латеральной части дермомиотома добавляются к миотому, генерируя вентральные мышцы. Высвобождение мигрирующих клеток, эволюционно наиболее молодых, наблюдается у teleosts и высших животных. Они дают исключительно скелетные мышцы, хотя они экспрессируют факторы миогенной дифференцировки только в своих мишенях. Мигрирующие предшественники образуются на опредленном аксиальном уровне только, это окципитальный, шейный и уровень передних и задних конечностей. Они экспрессируют гомеобоксный ген Lbx1. У мышей мишенью миграции являются конечности, hypoglossal тяж и поперечная перегородка, где эти клетки генерируют мышцы конечностей, языка и диафрагмы, соотв.
Рис.3.
Схематическая диаграмма генетической иерархии, которая контролирует развитие мигрирующих клеток предшественников мышц. Мигрирующие клетки предшественники и их потомки экспрессируют различные гены, кодирующие транскрипционные факторы. Рах3 контролирует непосредственно или косвенно экспрессию c-met, Lbx1 в мигрирующих предшественниках. SF/HGF продуцируемый в мезенхиме конечностей контролирует активность c-met. Гены, контролирующие формирование паттерна конечностей также контролируют экспрессию SH/HGF и Lbx1.
Pax3 and establishment of the muscle precursor pool in lateral dermomyotome
Экспрессия Рах3 сначала обнаруживается во всем сомите, затем ограничивается дермомиотомом и, наконец, она активируется на латеральном крае. Рах3 экспрессируется на всех уровнях оси и в мигрирующих и немигрирующих гипаксиальных мышечных предшественниках. Рах3 необходим также для правильного образования пула предшественников в латеральной части дермомиотома. Экспрессия в этом месте отсутствует у Splotch мутантных мышей и в этом месте усиливается экспрессия Рах7, которая обычно ограничена медиальной частью дермомиотома. У мутантов экспрессия c-Met в латеральной части дермомиотома низкая, а индукции Lbx1 не происходит в туловище и задерживается в окципитаьных сомитах.
c-Met and its ligand, SF/HGF, control delamination of migrating muscle precursor cells
c-Met экспрессируется в латеральных частях дермомиотомов всех аксиальных уровней, а также в медиальной губе, т.е. в предшественниках эпаксиальных и гипаксиальных мышц. Во время отщепления клеток предшетвенников от дермомиотома SH/HGF экспрессируется в мезенхиме конечностей и бранхиальных дугах, это определяет отщепление предшественников на специфических аксиальных уровнях. У обоих мутантов спецификация мигрирующих клеток предшественников не нарушена: Lbx1, экспрессирующийся только в мигрирующих клетках, индуцируется корректно. Однако дисперсия мигрирующих предшественников нарушена, миграторные предшественники остаются в сомитных компартментах, отсутствуют все мышцы, развивающиеся из мигрирующих предшественников.
После отщепления миграторных клеток экспрессия SF/HGF обнаруживается вдоль маршрутов и в мишенях. Эти характеристики сохраняются и в отсутствии миграции. В мезенхиме конечностей экспрессия SF/HGF контролируется сигналами, предопределяющими паттерн конечностей, такими как FGFs, которые испускаются из АЭГ и усиливаются Shh, продуцируемым зоной поляризующей активности. Во время миграции предшественники гипаксиальных мышц продолжают экспрессировать c-Met и следовательно, постоянно получают SF/HGF сигнал. Активность c-Met поддерживает диссоциацию и подвижность клеток и может участвовать в направленном миграции. SH/HGF индуцирует деламинацию клеток, но не направляет их движения, т.е. не действует как простой аттрактант.
c-Met является непосредственной мишенью для действия гена Рах3.
Lbx1 and directed migration of muscle precursor cells
Экспрессия Lbx1 индуцируется до деламинации и поддерживается во время миграции, она подавляется, екогда клетки дифференцируются. У мутантов миграторные предшественники образуются, отделяются, но мигрируют аномально. Большинство из тех, что обычно движутся в конечности мигрируют вентрально, накапливаются в мезодерме вентральной стенки тела. Немногие предшественники достигают проксимовентрального поля передних конечностей с существенной задержкой. Поэтому большинство мышц задних конечностей и экстензоры передних отсутствуют, а флексоры передних конечностей уменьшены в размерах. Преждевременная миогенная дифференцировка сопровождает миграцию клеток предшественников гипаксиальных мышц.
Рах3 стоит выше Lbx1, но для ограничения индукции Lbx1 определенным аксиальным уровенем необходимы дополнительные сигналы. Это м.б. FGFs, экспрессирующиеся на соответствующих уровнях оси. Аппликация FGFs индуцирует эктопическую экспрессию Lbx1.
Pax3 and myogenesis
Myf5 и MyoD кооперируют в детерминации миогенных предшественников, тогда как Myogenin, который накапливается во время развития мышц, является обдязательным для дифференцировки мышц. Мигрирующие миогенные предшественники экспрессируют факторы миогенной детерминации на пути достижения своих мишеней.
Роль Рах3 в запуске миогенной программы становится очевидной у двойных мутантов Рах3 и Myf5. В отсутствие Myf5 запуск MyoD и миогенной программы зависит от Рах3. Факторы транскрипции Dach2, Eya2 и Six1 могут кооперировать с Рах3 и формировать сложную регуляторную сеть (Рис. 3)
На эмбрионах кур установлено, что Рах3 и гомеобоксный фактор Msx1 могут взаимодействовать непосредственно и коэкспрессироваться в мигрирующих миогенных предшественниках. Msx1 контролирует время начала дифференцировки мигрирующих предшественников.
Клетки предшественники, достигнув мишеней, могут пролиферировать на этих мишенях прежде чем начать дифференцировку. Гипоморфные мутации c-Metобусловливают потерю или уменьшение размеров мышц конечностей, что м.б. отражением изменений во времени пролиферации или начале дифференцировки после достижения ими мишеней. Mox2 и Mox1 являются добавочными гомеобоксными генами, экспрессирующимися в мигрирующих предшественниках и в дермомиотоме, соотв. Мутации Мох2 обусловливают отсутствие определенных групп мышц в конечностях и редуцируют уровни экспрессии Рах3 и Myf5 в мигрирующих предшественниках.
|
){kind=link}