Pituitary Gland
ГИПОФИЗ

Сигнальные центры и детерминирующие сигналы Медиаторы сигналов * Dasen, Rosenfeld(1999) Детерминация судьбы клеток осуществляется с помощью внешних сигналов и внутренних программ детерминации. Внешние сигналы поступают в виде секретируемых морфогенов или через трансмембранные сигнальные рецепторы. Эти сигналы постепенно транслируются во внутренние (или клеточно автономные) программы детерминации, частично путем индукции отдельных или перекрывающихся паттернов экспрессии органичивающих или клеточно-специфичных транскрипционных регуляторов, благодаря чему происходит позиционная детерминация большинства типов клеток задолго до до терминальной дифференцировки. Зрелый гипофиз состоит из 3-х долей: передней и промежуточной, содержащих гормон-секретирующие клетки и происходящих из ротовой эктодермы, и задней доли, содержащией аксональные проекции из гипоталямуса и происходящей из нейральной эктодермы : гормон-секретирующих типов клеток пространственно и во времени детерминируются во время эмбриогенеза, с возникающими дорсально кортикотропами и меланотропами, в промежуточном поле - соматотропами и лактотропами и вентрально - тиротропами и гонадотропами.	Исследованиями на курах и лягушках установлено, что орган, возникающий из оральной эктодермы ( включающий гипофизарный и носовой эпителий) первоначально происходит от наиболее передней части раннего эмбриона, так наз. переднего нейрального гребня (anterior neural ridge (ANR)). После эмбрионального сгибания головы ANR смещается вентрально и формирует стомадеум, эктодерма которого дает верхнюю часть рта и его производные. Начало морфогенеза гипофиза совпадает с утолщением этой первоначально униформной эктодермой стомадеума на ст. Е8.5 у мышей, которая затем инвагинирует на ст. Е9.0 для образования кармана Ратке. Между Е10.5 и Е12 эпителий кармана продолжает пролиферировать после того как он закрывается и отделяется от подлежащей ротовой эктодермы. Затем предшественники гормон-секретирующих типов клеток пролиферируют вентрально от кармана между Е12.5-Е15.5 и занимая место будущей передней доли, которая будет содержать 5 типов клеток, а промежуточная доля, возникающая из дорсальной части кармана, будет содержать шестой тип гормон-секретирующих клеток, меланотропы. Параллельно с инвагинацией оральной эктодермы часть вентрального диэнцефалона (infundibulum) эвагинирует, приходит в прямой контакт с дорсальной частью кармана Ратке. Этот контакт необходим для детерминации клеток гипофизарного типа, есть джоказательства, что воронка действует как ключевой организующий центр. Внутренне присущий карману Ратке и окружающей мезенхиме сигнальный центр также вносит свой вклад в события раннего формирования паттерна. СИГНАЛЬНЫЕ ЦЕНТРЫ ОРГАНОГЕНЕЗА ГИПОФИЗА Ген T/ebp (называемый также TTF-1 и Nkx-2.1) помимо экспрессии в щитовидной железе и легких экспрессируется в дискретных областях головного мозга, включая вентральную часть диэнцефалона, но отсутствует в кармане Ратке. У мышей с делецией этого гена вентральные области головного мозга, включая воронку, отсутствуют. И отсутствуют все три доли гипофиза, что согласуется с важной ролью внешних сигналов из нейроэктодермы воронки для органогенеза гипофиза. ВМР4 необходим для коммитирования гипофиза как органа Экспрессия Bmp4 обнаруживается в вентральной части диэнцефалона, как только воронка приходит в контакт с карманом Ратке на ст Е8.5-Е9.0 (рис.2) и является одним из инициальных сигнальных факторов, необходимых для коммитирования. Роль ВМР4 изучали in vivo путем избыточной экспрессии Bmp агониста Noggin с использованием регуляторных последовательностей гена Pitx1, который экспрессируется во всей ротовой эктодерме и в кармане Ратке. У Pitx1-Noggin трансгенных мышей развитие гипофиза останавливается на ст. Е10, полностью отсутствуют все типы гипофизарных клеток, отсутствует характерная пролиферация вентральных клеток кармана (начинающаяся в норме на Е11.5). Сходный фенотип наблюдается у мышей с разрушенным геном Lhx3 (P-Lim/mLim3)(LIM гомоедоменовый белок, обящзательный для детерминации большинства типов гипойизарных клеток. Bmp4, следовательно, необходим для инициальной фазы органного коммитирования. У животных с делетированным Bmp4 инициальная инвагинация кармана Ратке отсутствует. FGF сигнализация для позиционной детерминации и пролиферации кармана FGF8 является критическим infundibular морфогеном, его экспрессия в воронке начинается на ст Е9.5 вследствие экспрессии Bmp4 и поддерживается в течение всей ранней фазы развития гипофиза. В культуре воронка необходима и достаточна для индукции экспрессии гена Lhx3 в эксплантанте кармана. В отсутствии воронки активноть этого гена индуцируется FGF8 или FGF2. Наивысший уровень экспрессии Lhx3 налюдается в дорсальном аспекте развивающейся железы, что согласуется с регуляцией его дорсальными сигнальными молекулами. Использование регуляторных последовательностей гена αGSU, которые позволяют гены FGF8 экспрессироваться в кармане Ратке и позднее в вентральных типах клеток, показало, что в этом случае большинство вентральных и промежуточных ипов клеток отсутствует, а в гипофизе обнаруживается гиперплазия кортикотропов и меланотропов. Сходный дисморфогенез кармана Ратке наблюдается у карликовых Ames мышей, дефектных по гипофиз-специфичному гомеодоменовому гену Prophet of Pit-1 (Prop-1). Потребность в FGF8 выявляется также при анализе T/ebp-делетированных мышей, у которых FGF8 неспособен экспрессироваться в вентральной части диэнцефалона. Это прямо связано с потерей экспрессии Lhx3. Градиенты вентральных сигналов Ранние события органогенеза гипофиза управляются действием вентральных и внутренне присущих сигнальных каскадов, которые предопределяют позиционную идентичность вентральных клеток. Экспрессия Bmp2 первоначально обнарживатся в наиболее вентральном аспекте инвагинирующей железы, на вентральной границе между карманом Ратке и ротовой эктодермой, экспрессирующей Sonic hedgehog (Shh). Позднее экспрессия Bmp2 распространяется на весь карман, а экспрессия Bmp2/4 антогониста chordin в каудальной мезенхиме потенциально обеспечивает поддержание вентро-дорсального Bmp2 градиента. После отделения кармана Ратке от ротовой эктодермы экспрессия Bmp2 обнаруживается в вентральной juxtapituitary мезенхиме в области , соседней презумптивным гонадотропам и тиротропам, характеризующихся экспрессией ранних маркеров для вентрально возникающих типов клеток, включая GATA-2, Isl-1 и αGSU. Избыточная экспрессия ВМР2/4 под контролем αGSU приводит к дорсальной экспансии домена экспрессии вентральных маркеров Isl-1 и Msx-1 и к прямой транскрпционной индукции экспрессии гена GATA-2. Исходя из способности Bmp индуцировать экспрессию гена αGSU, раннего маркера тиротропов и гонадотропов, подтверждается, что перадача сигналов Bmp2 специфицирует предшественники, которые позднее должны дать типы вентральных гипофизарных клеток. Избыток Bmp предупреждает их терминальную дифференцировку возможно в результате сохранения экспрессии гена Msx-1, репрессорного гомеодоменового фактора, известного ингибитора терминальной диффренцировки в миогенезе. Оппозитные сигнальные градиенты в формировании паттерна кармана Ратке В культуре гипофиза способность воронки (через FGFs) индуцировать Lnx3 экспрессию совпадает со снижением экспрессии Иьз2-индуцируемых генов Isl-1 и αGSU. Сходным образом, способность вентральной экспрессии АПА8 предупреждает появление вентральных и промежуточных типов клеток м.б. объяснено ингибированием вентральных Bmp2 сигналов. Напротив, когда в культуре Ратке Bmp2\|4 инициирует экспрессию вентральных маркеров Isl-1 и αGSU, то он ингибирует экспрессию маркеров дорсальных типов клеток, таких как adrenocorticotropin (ACTH). Таким образом антогони тические или оппозитные дорсо-вентральны FGF8 и вентро-дорсальный Bmp2 градиенты, по-видимому, ассоциируют в позиционной детерминацией дорсальных и вентральных типов клеток, соотв. Сходные оппозитные градиенты в развитии зубов, где оппозитные Bmp и FGF градиенты дают дифференциальные домены экспрессии Рах9 и определяют специфические регионы морфогенеза зубов. Hedgehog сигналы в развитии гипофиза Shh экспрессируется во всей ротовой эктодерме, но отсутствует в области, дающей карман Ратке, т.е создает молекулярный компартмент в ротовой эктодерме. У рыбок данио you-too (yot) помимо прочих выявлены дефекты развития гипофиза. Гомологом дефектного гена yot у млекопитающийх явлется ген-мишень для Shh, Gli2. У мутантов yot домены ростральной экспрессии ( аналоги вентральных доменов у мышей) гипофиз-специфичесих транскрипционных факторов, таких как lim3(Lhx3) и six3, теряются, а другие, такие как nk 2.2 (Nkx2.2) полностью отсутствуют. Сходная кооперативная роль ВМР и hedgehog выявляется в конечностях и нервной трубке. Shh м. дейстовать как сигнальный каскад вместе с ВМР2 в детерминации вентрального клона клеток и возможно других гипофизарных клонов клеток. ОПОСРЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ СИГНАЛЬНЫХ ГРАДИЕНТОВ В развитии гипофиза многие транскрипционые факторы обнаруживают пространственное или временное ограничение паттернов экспрессии (рис.3) Многие из них выступают в качестве прямых мишеней или медиаторов сигнальных каскадов. некоторые способны действовать как прямые детерминантны судьбы гипофизарных клеток. Опосредование сигнальных событий LIM гомеодоменовыми факторами Многие члены гомеодоменового LIM семейства транскрипционных факторов экспрессируются в кармане Ратке, включая Lhx3, Lhx4 (Gsh4) и Isl-1. первые два играют критическую роль в самых ранних фазах органогенеза гипофиза. У Lhx3 мутантных мышей появляется карман Ратке, но вентральной пролиферации не происходит и все гипофизарные типы клеток отсутствуют, остается лишь небольшое количство кортикотропов. Lhx4 выполняет избыточную роль. Оба эти гена являются критическими и для нейрогенеза внутри нервной трубки. Там выявляется, что LIM гомеодоменовые белки могут детерминировать нейрональные субтипы путем комбинационного кода, возможно сходный комбинационный мехенизм м.б. связан с детерминацией гипофизарных типов клеток. Isl-1 первоначально экспрессируется по всему карману Ратке, но на ст. Е10.5 ограничивается вентральной популяцией клеток. У Isl-1 мутантных мышей инвагинация ротовой эктодермы осуществляется нормально, но эпителиальные клетки, образуемые карманом Ратке неспособны прлиферировать. Экспрессия Isl-1 индуцируется ВМР2/4, т.е под двойным контролем дорсального Bmp-4 и вентрального Bmp2. Опосредование сигнальных событий с помощью гомоедоменовых факторов Pitx Из 3-х родственных ишсщшв Pitx гомеодоменовых факторов два (Pitx1 и Pitx2) экспрессируются в течение всего онтогенеза гипофиза. Pitx1 (называемый также P-Otx и Ptx1) выявленг благодаря своему взаимодействию с гипофиз-специфическим POU гомеодоменовым белком Pit-1. Зшеч1 экспрессируется на самых ранних стадиях органогенеза гипофиза, первоначально во всей ротовой эктодерме и позднее во всех типах гипофизарных клеток и в других дискретных регионах эмбриона, включая бранхиальные дуги и задние конечности. Целенаправленное разрушение гена Pitx1 ведет к снижению экспрессии маркеров терминальной дифференцировки вентральных гонадотропов и тиротропов, а также нарушает черепно-лицевой и и задних конечностей морфогенез. Подтверждено, что Pitx1 или негативно регулируется дорсальными сигналами или подитивно регулируется вентральными сигнальными молекулами. Предположение о том,что уровни Pitx1 в гипофизе различны для каждого типа клеток, указывает на то, что градиент экспрессии Pitx1 каким-то образом вносит свой вклад в спецификацию типов гипофизарных клеток. PITX2 экспрессируется на высоком уровне в большинстве типов клеток гипофиза, а также в некоторых других органах, включая сердце, зубы, лекгкие, кишечник и глаза. Мыши с делецией Pitx2 гена имеют множественные дефекты развития, включая нарушение закрытия вентральной стенки тела, нарушение положения сердца, изомеризм легких и дефекты зубов и развития гипофиза. В последнем остановлены ранние стадии развития, после контакта с нейроэпителием и возникновения сигнальных градиентов. Инициальная инвагинация кармана и индукция экспрессии гена Lhx3 происходят нормально, но гипофиз не способн к развитию после ст Е10.5 из-за отсутствия вентраьной пролиферации клеток кармана Ратке. Позиционная детерминация и спецификация судьбы клеток Предполагается возникновение трех полей предшественников, которые дают дорсальные (кортикотропы и меланотропы), промежуточные (лактотропы и соматотропы) и вентральные (тиротропы и гонадотропы) типы клеток. Эти поля возникают, частично, с помощью индукции ограничивающих экспрессию транскрипционных факторов дорсально (напр., Six 3, Pax 6 и Rpx) или вентрально (Ist-1, GATA-2, Brn4, P-frk) (рис. 2 и 3). Активность Pit-1 в детерминации трех из этих типов клеток доказана. Остановимся на одном из его специфических партнеров GATA-2 , отвечающего за позиционную идентичность четырех вентральных/промежуточных типов гипофизарных клеток в ответ на ранние индуктивные сигналы. Анализ Snell и Jackson dwarf мутантов показал, что POU гомеодоменовый фактор Pit-1 необходим для генераци гипофизарных клеток - соматотропов, лактотропов и тиротропов. Тиротропы и гонадотропы эволюционно родственны общей экспрессией гена αGSU и GATA-2, который управляет транскрипционными мишенями вентрального ВМР2 сигнала. У трансгенных мышей дорсальная экспрессия высокого уровня GATA-2, находящаяся под контролем Pit-1 регуляторных последовательностей, достаточна для превращения всех Pit-1 зависимых клеток в гонадотропы. Яэто согласуется в действием GATA-2 как ключевого медиатора вентрального ВМР2 синала. Высокие вентральные уровни GATA-2 в презумптивных гонадотропах вычленяют эти клетки из Pit-1-зависимого клеточного клона. В презумптивных тиротропах уровень GATA-2, по-видимому. недостаточен, чтобы ингибировать активацию гена Pit-1, что позволяет появляться клеткам, которые экспрессируют как Pit-1, так и GATA-2. Следовательно, гонадотропы должны быть Pit-1-GATA-2+? а тиротропы Pit-1+GATA-2+. Заключение Итак секреция ВМР4 вентральным диэнцефалоном необходима для инициальной фазы органого коммитирования, с последующим возникновением оппозитных и антогонистических дорсального FGF8 и вентрального ВМР2 градиентов, управляющих формированием паттерна и позиционной детерминации типов клеток благодая индукции перекрывающихся паттернов экспрессии транскрипционных факторов. Их возникновение позволяет позиционное детерминирование типов гипофизарных клеток задолго до терминальной дифференцировки. Pitx2 и Lhx3.4 необходимы для раннего паттернирования и пролиферации внутри кармана Ратке. Позднее эи события нуждаются в нескольких индуцирующих факторах, включая Prop-1, Pit-1 и GATA-2 (Рис.4).

Исследованиями на курах и лягушках установлено, что орган, возникающий из оральной эктодермы ( включающий гипофизарный и носовой эпителий) первоначально происходит от наиболее передней части раннего эмбриона, так наз. переднего нейрального гребня (anterior neural ridge (ANR)). После эмбрионального сгибания головы ANR смещается вентрально и формирует стомадеум, эктодерма которого дает верхнюю часть рта и его производные. Начало морфогенеза гипофиза совпадает с утолщением этой первоначально униформной эктодермой стомадеума на ст. Е8.5 у мышей, которая затем инвагинирует на ст. Е9.0 для образования кармана Ратке. Между Е10.5 и Е12 эпителий кармана продолжает пролиферировать после того как он закрывается и отделяется от подлежащей ротовой эктодермы. Затем предшественники гормон-секретирующих типов клеток пролиферируют вентрально от кармана между Е12.5-Е15.5 и занимая место будущей передней доли, которая будет содержать 5 типов клеток, а промежуточная доля, возникающая из дорсальной части кармана, будет содержать шестой тип гормон-секретирующих клеток, меланотропы.

Параллельно с инвагинацией оральной эктодермы часть вентрального диэнцефалона (infundibulum) эвагинирует, приходит в прямой контакт с дорсальной частью кармана Ратке. Этот контакт необходим для детерминации клеток гипофизарного типа, есть джоказательства, что воронка действует как ключевой организующий центр. Внутренне присущий карману Ратке и окружающей мезенхиме сигнальный центр также вносит свой вклад в события раннего формирования паттерна.

СИГНАЛЬНЫЕ ЦЕНТРЫ ОРГАНОГЕНЕЗА ГИПОФИЗА

Ген T/ebp (называемый также TTF-1 и Nkx-2.1) помимо экспрессии в щитовидной железе и легких экспрессируется в дискретных областях головного мозга, включая вентральную часть диэнцефалона, но отсутствует в кармане Ратке. У мышей с делецией этого гена вентральные области головного мозга, включая воронку, отсутствуют. И отсутствуют все три доли гипофиза, что согласуется с важной ролью внешних сигналов из нейроэктодермы воронки для органогенеза гипофиза.

ВМР4 необходим для коммитирования гипофиза как органа

Экспрессия Bmp4 обнаруживается в вентральной части диэнцефалона, как только воронка приходит в контакт с карманом Ратке на ст Е8.5-Е9.0 (рис.2) и является одним из инициальных сигнальных факторов, необходимых для коммитирования. Роль ВМР4 изучали in vivo путем избыточной экспрессии Bmp агониста Noggin с использованием регуляторных последовательностей гена Pitx1, который экспрессируется во всей ротовой эктодерме и в кармане Ратке. У Pitx1-Noggin трансгенных мышей развитие гипофиза останавливается на ст. Е10, полностью отсутствуют все типы гипофизарных клеток, отсутствует характерная пролиферация вентральных клеток кармана (начинающаяся в норме на Е11.5). Сходный фенотип наблюдается у мышей с разрушенным геном Lhx3 (P-Lim/mLim3)(LIM гомоедоменовый белок, обящзательный для детерминации большинства типов гипойизарных клеток. Bmp4, следовательно, необходим для инициальной фазы органного коммитирования. У животных с делетированным Bmp4 инициальная инвагинация кармана Ратке отсутствует.

FGF сигнализация для позиционной детерминации и пролиферации кармана

FGF8 является критическим infundibular морфогеном, его экспрессия в воронке начинается на ст Е9.5 вследствие экспрессии Bmp4 и поддерживается в течение всей ранней фазы развития гипофиза. В культуре воронка необходима и достаточна для индукции экспрессии гена Lhx3 в эксплантанте кармана. В отсутствии воронки активноть этого гена индуцируется FGF8 или FGF2. Наивысший уровень экспрессии Lhx3 налюдается в дорсальном аспекте развивающейся железы, что согласуется с регуляцией его дорсальными сигнальными молекулами. Использование регуляторных последовательностей гена αGSU, которые позволяют гены FGF8 экспрессироваться в кармане Ратке и позднее в вентральных типах клеток, показало, что в этом случае большинство вентральных и промежуточных ипов клеток отсутствует, а в гипофизе обнаруживается гиперплазия кортикотропов и меланотропов. Сходный дисморфогенез кармана Ратке наблюдается у карликовых Ames мышей, дефектных по гипофиз-специфичному гомеодоменовому гену Prophet of Pit-1 (Prop-1). Потребность в FGF8 выявляется также при анализе T/ebp-делетированных мышей, у которых FGF8 неспособен экспрессироваться в вентральной части диэнцефалона. Это прямо связано с потерей экспрессии Lhx3.

Градиенты вентральных сигналов

Ранние события органогенеза гипофиза управляются действием вентральных и внутренне присущих сигнальных каскадов, которые предопределяют позиционную идентичность вентральных клеток. Экспрессия Bmp2 первоначально обнарживатся в наиболее вентральном аспекте инвагинирующей железы, на вентральной границе между карманом Ратке и ротовой эктодермой, экспрессирующей Sonic hedgehog (Shh). Позднее экспрессия Bmp2 распространяется на весь карман, а экспрессия Bmp2/4 антогониста chordin в каудальной мезенхиме потенциально обеспечивает поддержание вентро-дорсального Bmp2 градиента. После отделения кармана Ратке от ротовой эктодермы экспрессия Bmp2 обнаруживается в вентральной juxtapituitary мезенхиме в области , соседней презумптивным гонадотропам и тиротропам, характеризующихся экспрессией ранних маркеров для вентрально возникающих типов клеток, включая GATA-2, Isl-1 и αGSU.

Избыточная экспрессия ВМР2/4 под контролем αGSU приводит к дорсальной экспансии домена экспрессии вентральных маркеров Isl-1 и Msx-1 и к прямой транскрпционной индукции экспрессии гена GATA-2. Исходя из способности Bmp индуцировать экспрессию гена αGSU, раннего маркера тиротропов и гонадотропов, подтверждается, что перадача сигналов Bmp2 специфицирует предшественники, которые позднее должны дать типы вентральных гипофизарных клеток. Избыток Bmp предупреждает их терминальную дифференцировку возможно в результате сохранения экспрессии гена Msx-1, репрессорного гомеодоменового фактора, известного ингибитора терминальной диффренцировки в миогенезе.

Оппозитные сигнальные градиенты в формировании паттерна кармана Ратке

В культуре гипофиза способность воронки (через FGFs) индуцировать Lnx3 экспрессию совпадает со снижением экспрессии Иьз2-индуцируемых генов Isl-1 и αGSU. Сходным образом, способность вентральной экспрессии АПА8 предупреждает появление вентральных и промежуточных типов клеток м.б. объяснено ингибированием вентральных Bmp2 сигналов. Напротив, когда в культуре Ратке Bmp2|4 инициирует экспрессию вентральных маркеров Isl-1 и αGSU, то он ингибирует экспрессию маркеров дорсальных типов клеток, таких как adrenocorticotropin (ACTH). Таким образом антогони тические или оппозитные дорсо-вентральны FGF8 и вентро-дорсальный Bmp2 градиенты, по-видимому, ассоциируют в позиционной детерминацией дорсальных и вентральных типов клеток, соотв. Сходные оппозитные градиенты в развитии зубов, где оппозитные Bmp и FGF градиенты дают дифференциальные домены экспрессии Рах9 и определяют специфические регионы морфогенеза зубов.

Hedgehog сигналы в развитии гипофиза

Shh экспрессируется во всей ротовой эктодерме, но отсутствует в области, дающей карман Ратке, т.е создает молекулярный компартмент в ротовой эктодерме. У рыбок данио you-too (yot) помимо прочих выявлены дефекты развития гипофиза. Гомологом дефектного гена yot у млекопитающийх явлется ген-мишень для Shh, Gli2. У мутантов yot домены ростральной экспрессии ( аналоги вентральных доменов у мышей) гипофиз-специфичесих транскрипционных факторов, таких как lim3(Lhx3) и six3, теряются, а другие, такие как nk 2.2 (Nkx2.2) полностью отсутствуют. Сходная кооперативная роль ВМР и hedgehog выявляется в конечностях и нервной трубке. Shh м. дейстовать как сигнальный каскад вместе с ВМР2 в детерминации вентрального клона клеток и возможно других гипофизарных клонов клеток.

ОПОСРЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ СИГНАЛЬНЫХ ГРАДИЕНТОВ

В развитии гипофиза многие транскрипционые факторы обнаруживают пространственное или временное ограничение паттернов экспрессии (рис.3) Многие из них выступают в качестве прямых мишеней или медиаторов сигнальных каскадов. некоторые способны действовать как прямые детерминантны судьбы гипофизарных клеток.

Опосредование сигнальных событий LIM гомеодоменовыми факторами

Многие члены гомеодоменового LIM семейства транскрипционных факторов экспрессируются в кармане Ратке, включая Lhx3, Lhx4 (Gsh4) и Isl-1. первые два играют критическую роль в самых ранних фазах органогенеза гипофиза. У Lhx3 мутантных мышей появляется карман Ратке, но вентральной пролиферации не происходит и все гипофизарные типы клеток отсутствуют, остается лишь небольшое количство кортикотропов. Lhx4 выполняет избыточную роль. Оба эти гена являются критическими и для нейрогенеза внутри нервной трубки. Там выявляется, что LIM гомеодоменовые белки могут детерминировать нейрональные субтипы путем комбинационного кода, возможно сходный комбинационный мехенизм м.б. связан с детерминацией гипофизарных типов клеток.

Isl-1 первоначально экспрессируется по всему карману Ратке, но на ст. Е10.5 ограничивается вентральной популяцией клеток. У Isl-1 мутантных мышей инвагинация ротовой эктодермы осуществляется нормально, но эпителиальные клетки, образуемые карманом Ратке неспособны прлиферировать. Экспрессия Isl-1 индуцируется ВМР2/4, т.е под двойным контролем дорсального Bmp-4 и вентрального Bmp2.

Опосредование сигнальных событий с помощью гомоедоменовых факторов Pitx

Из 3-х родственных ишсщшв Pitx гомеодоменовых факторов два (Pitx1 и Pitx2) экспрессируются в течение всего онтогенеза гипофиза. Pitx1 (называемый также P-Otx и Ptx1) выявленг благодаря своему взаимодействию с гипофиз-специфическим POU гомеодоменовым белком Pit-1. Зшеч1 экспрессируется на самых ранних стадиях органогенеза гипофиза, первоначально во всей ротовой эктодерме и позднее во всех типах гипофизарных клеток и в других дискретных регионах эмбриона, включая бранхиальные дуги и задние конечности. Целенаправленное разрушение гена Pitx1 ведет к снижению экспрессии маркеров терминальной дифференцировки вентральных гонадотропов и тиротропов, а также нарушает черепно-лицевой и и задних конечностей морфогенез. Подтверждено, что Pitx1 или негативно регулируется дорсальными сигналами или подитивно регулируется вентральными сигнальными молекулами. Предположение о том,что уровни Pitx1 в гипофизе различны для каждого типа клеток, указывает на то, что градиент экспрессии Pitx1 каким-то образом вносит свой вклад в спецификацию типов гипофизарных клеток.

PITX2 экспрессируется на высоком уровне в большинстве типов клеток гипофиза, а также в некоторых других органах, включая сердце, зубы, лекгкие, кишечник и глаза. Мыши с делецией Pitx2 гена имеют множественные дефекты развития, включая нарушение закрытия вентральной стенки тела, нарушение положения сердца, изомеризм легких и дефекты зубов и развития гипофиза. В последнем остановлены ранние стадии развития, после контакта с нейроэпителием и возникновения сигнальных градиентов. Инициальная инвагинация кармана и индукция экспрессии гена Lhx3 происходят нормально, но гипофиз не способн к развитию после ст Е10.5 из-за отсутствия вентраьной пролиферации клеток кармана Ратке.

Позиционная детерминация и спецификация судьбы клеток

Предполагается возникновение трех полей предшественников, которые дают дорсальные (кортикотропы и меланотропы), промежуточные (лактотропы и соматотропы) и вентральные (тиротропы и гонадотропы) типы клеток. Эти поля возникают, частично, с помощью индукции ограничивающих экспрессию транскрипционных факторов дорсально (напр., Six 3, Pax 6 и Rpx) или вентрально (Ist-1, GATA-2, Brn4, P-frk) (рис. 2 и 3). Активность Pit-1 в детерминации трех из этих типов клеток доказана. Остановимся на одном из его специфических партнеров GATA-2 , отвечающего за позиционную идентичность четырех вентральных/промежуточных типов гипофизарных клеток в ответ на ранние индуктивные сигналы.

Анализ Snell и Jackson dwarf мутантов показал, что POU гомеодоменовый фактор Pit-1 необходим для генераци гипофизарных клеток - соматотропов, лактотропов и тиротропов. Тиротропы и гонадотропы эволюционно родственны общей экспрессией гена αGSU и GATA-2, который управляет транскрипционными мишенями вентрального ВМР2 сигнала. У трансгенных мышей дорсальная экспрессия высокого уровня GATA-2, находящаяся под контролем Pit-1 регуляторных последовательностей, достаточна для превращения всех Pit-1 зависимых клеток в гонадотропы. Яэто согласуется в действием GATA-2 как ключевого медиатора вентрального ВМР2 синала. Высокие вентральные уровни GATA-2 в презумптивных гонадотропах вычленяют эти клетки из Pit-1-зависимого клеточного клона.

В презумптивных тиротропах уровень GATA-2, по-видимому. недостаточен, чтобы ингибировать активацию гена Pit-1, что позволяет появляться клеткам, которые экспрессируют как Pit-1, так и GATA-2. Следовательно, гонадотропы должны быть Pit-1-GATA-2+? а тиротропы Pit-1+GATA-2+.

Заключение

Итак секреция ВМР4 вентральным диэнцефалоном необходима для инициальной фазы органого коммитирования, с последующим возникновением оппозитных и антогонистических дорсального FGF8 и вентрального ВМР2 градиентов, управляющих формированием паттерна и позиционной детерминации типов клеток благодая индукции перекрывающихся паттернов экспрессии транскрипционных факторов. Их возникновение позволяет позиционное детерминирование типов гипофизарных клеток задолго до терминальной дифференцировки.

Pitx2 и Lhx3.4 необходимы для раннего паттернирования и пролиферации внутри кармана Ратке. Позднее эи события нуждаются в нескольких индуцирующих факторах, включая Prop-1, Pit-1 и GATA-2 (Рис.4).