Segmental Plate
СЕГМЕНТАЛЬНАЯ ПЛАСТИНКА, СОМИТОГЕНЕЗ
Molecular and cellular Biology of avian somite development Stockdale F.E., Nikovits W., Christ B. Devel.Dyn. V.219. N 3. P.304-321
Параксиальная мезодерма Параксиальная мезодерма возникает во время гаструляции и м.б. подразделна на головную мезодерму, сомиты и сегментную пластинку. Параксиальная головная мезодерма располагается ростральнее отического пузырька и не сегментируется. Она дает некоторые наружные глазные мышцы, мышцы нижней челюсти и некоторые кости свода черепа. Мезодерма сегментной пластинки возникает во время гаструляции, когда клетки эпибласта инвагинируют черз Гензеновский узелок и вдоль первичной полоски. Между ст. 4 и 15 по НН новые мезодрмальные клетки постоянно добавляются к каудальному концу сегментной пластинки по мере регрессии полоски в каудальном направлении. Обнаружение, что клетки медиальных и латеральных частей сомитов имеют разное происхождение ( медиальные - из узелка и полоски непосредственно за узелком, латеральные - из остальной части полоски) в эпибласте согласуется с тем, что медиальные и латеральные части сомитов имеют разную миогенную судьбу, т.е. миогенные предшественники подразделены еще до гаструляции. До НН14 сомиты образуются со скоростью примероно одна пара каждые полтора часа от ростральногоконца к сегментальной пластинке. Затем сомиты, расположенные каудальнее 27 сомита, возникают из дорсо-медиальной части хвостовой почки, группы мезенхимных клеток, расположенной на каудальном конце эмбриона и происходящей принципиально из Гензеновского узелка. Следовательно, кость второго пояснично-кресцового позвонка маркирует гранцу между производными параксиальной мезодермы, генерируемой из первичной полоски (первая фаза сомитогенеза) и генерируемой гензеновским узелком (вторая фаза). У мышей эти фазы сомитогенеза, по-видимому, зависят от передачи сигналов Wnt, т.к. ни сомиты, ни хвостовая почка не образуются у мышей, дефицитных по Wnt3a. По-видимому, Noggin важен для формирования сомитов из хвостовой почки, т.к. его нулевые мутанты дают особей без каудальных позвонков. В результае обеих фаз формируется примерно 52 пары сомитов.	Созревание сегмантальной пластинки Сегментальная пластинка тянется от Гензеновского узелка или хвостовой почки до только что сформированного сомита. Новые клетки добавляются к ее каудальному концу, а расходуются на образование сомитов на ростральном ее конце, ее длина варьирует в зависимости от стадии развития, самая длинная она на ст 13-14 НН. Во время гаструляции сегментальная пластинка образуется как рыхлая мезенхима и только на ростральном конце она подвергается гистологическим изменениям, где она становится плотно упакованной и поляризованной (за исключением центрально распложенных клеток, которые находятся в сомитоцеле) перед мезенхимно-эпителиальной трансформацией. Перед сегментацией обнаруживается метамерное расположение мезенхимных клеток внутри сегментальной пластинки при СЭМ. Эти метамерные кластеры (сомитомеры) имеют постоянное число, характерное для данного вида во время первичной фазы сомитогенеза. У кур и перепела 10-12 сомитомеров. Сомитомеры, предшественники сомитов, появляются как билатераьные пары, наиболее каудальная пара обычно располагается непосредственно латеральнее Гензеновского узелка. Для того, чтобы каудальная сегментальная пластинка подверглась эпителизации и сформировала сомит необходимы сигналы от нервной трубки или поверхностной эктодермы. Созревание сегментальной пластинки сопровождается экспрессией нескольких генов. Рыхло организованная мезенхима каудальной сегментальной пластинки характеризуется экспрессией Fgf8. В средней части сегментальной пластинки, где клетки начинают выстраиваться своими длинными осями перпендикулярно к поверхности сегментной пластинки, клетки начинают экспрессировать Paraxis. Этот HLH фактор экспрессируется вновь сформированными сомитами и характеризует клетки, которые дадут дермомиотом в дорсальных частях сомитов. Его экспрессия снижается по мере созревания сомитов. Paraxis необходим для эпителизаци и формирования сомитов. Имеются косвенные указания на участие Wnt пути в процессе сомитогенеза. Wnt антогонист, WIF-1, обнаруживает паттерн экспрессии, ограниченный пресомитной мезодермой. Появление клеточной полярности на краниальном конце сегментальной пластинки, когда начинается формирование зачатков эпителиальных сомитов, связано с с экспрессией генов сигнальных путей Notch и Eph. Eph семейство рецепторных тирозин киназ и их лиганды, ephrins, экспрессируются в параксиальной мезодерме, где они играют роль в паттернировании границ сомитов и необходимы для собственно сегментации на ростральную и каудальную половины. Eph рецептор EphA4 и ephrins A-L1 и В2 экспрессируются интерактивным способом в пресомитной мезодерме, предшествуя собственно сегментации на ростральный и каудальный домен (рис. 5). В развивающихся сомитах птиц они экспрессируются в ростральных половинах сомитов. У рыбок данио нарушение передачи сигналов Eph ведет образовани ю аномальных границ сомитов, а также к снижению или нарушению паттерна экспрессии MyoD в миотоме. Миогеная диффренецировка и пути спинальных моторных аксонов разрушаются, когда они пересекают сомиты. Задерживается также подавление her1 (родственного hairy) и Deltа, факторов важных для сегментации пресомитной паракиальной мезодермы. Сегментация сегментальной пластинки управляется экспрессией осцилирующего гена Экспрессия осцилирующего гена существенна для сегментации сегментальной пластинки. У эмбрионов кур экспрессия генов c-hairy 1, c-hairy 2 и lunatic fringle возрастает и падает в виде пространственно-временного периодического паттерна, находящегося под контролем Notch-Delta 1 сигнальной системы. Они экспрессируются в виде циклических волн, нуждающихся в 90 мин для прохождения мезодермы сегментальной пластинки у эмбрионов кур. Эти волны экспрессии мРНК являются проявлением автономной функции клеток внутри сегментальной платинки скорее, чем проявлиенем смещения вдоль ростро-каудальной оси или распространения активирующего сигнала. Формируется один сомит на каждую волну экспрессии c-hairy 1, которая начинается каудально и движется рострально через сегментальную пластинку. После образования сомита, создаются условия для создания передних и задних границ до образования следующего сомита. Хотя экспрессия c-hairy 1 и lunatic fringle совпадают в сегментальной пластинке, различия в их регуляции указывают на то, что lunatic fringlr м.б.подчинен c-hairy 1 в часовом механизме, однако не обязательно на прямом генетическом пути, т.к. мутация генов рфшкн не предупреждает цикличской экспрессии lunatic fringle. У мышей, гомозиготных по делеции lunatic fringle, отсутствуют каудальные сомиты и маркеры ростро-каудальной поляризации, такие как Uncx 4.1. Notch-Delta сигнальный путь координирует экспрессию c-hairy 1 и 2 и lunatic fringle во время сегментации. У Xenopus две полосы X-Delta-2 экспрессии обнаруживаются в пресомитной мезодерме, закладывающие переднюд и заднюю границы презумптивного сомита. Циклическая экспрессия С-Deltd-1 обнаруживается в пресомитной мезодерме эмбрионов кур даже в отсутствие покрывающей эктодермы. У эмбрионов кур cMeso-1 экспрессируется также циклически в одной из двух полос в ростральной части сегментной пластинки, предполагаемых границ презумптивных сомитов. В случае подавления его экспрессии не происходит сегментации на сомиты. У эмбрионов мышей, Xenopus и данио два родственных c-Veso-1 гена, Mesp и Thylacine, экспрессируются в пресегментальной пластинке, которая станет ростральной половиной сомита. Предполагается, что семейство Mesp необходимо для возникновения рострального и каудального доменов в сомите. У Mesp-2-дефицитных мышей параксиальная мезодерма неспособна к сегментации и нарушена ростро-каудальная полярность. Наблюдается подавление Notch 1 и 2, Dll1 и FgFR1, генов, экспрессирующихся в половинках сомитов и участвующих в осцилирующих молекулярных часах. Напротив, нарушение Notch сигнального пути нарушает экспрессию членов семейства Mesp в пресомитной мезодерме мышей. Экспрессия гена Thylacine ограничена пресомитной мезодермой и обнаруживается одновременно с экспрессией X-Deltd-2 у Xenopus. Если путь передачи сигналов Notch нарушен, то экспрессия Thylacine нарушена. Не известны молекулярные механизмы осцилляции генов. Осциляция должна инициироваться билатерально из общего источника, возможно Гензеновского узелка, и распространяться intrinsically на таймирование образования правой и левой параксиальной мезодермы. Номенклатура сомитов На каждой стади развития эмбрион содержит сомиты разных стадий развития. Наиболее каудальный сомит обозначается I. Проспективные сомиты в сегментной пластинке обозначаются цифрой с минусом. Так на ст. 13 НН (19 сомитов) 5-й из только что сформированных сомитов будет обозначен V/19. Аксиальная спецификация параксиальной мезодермы и формирование компартментов сомита Экспрессия генов c-Meso, Mesp и Thycacine предопределяет переднюю судьбу презумптивного сомита внутри параксиальной мезодермы еще до формирования сомита. Закладываются границы между ростаральной и каудальной половинами каждого проспективного сомита до его формирования. Это продемострировано с помощью мутаций N-cadherin и cadherin 11, при которых ростральная и каудальная половины сомита оказываются разделенными. Компартментализация сомитных клеток накладывает отпечаток на организацию несомитных производыных, таких как мигрирующий нервный гребень, пути двигательных аксонов и паттерн развития ганглиев дорсальных корешков. Созревание сомитов непрерывный процесс, а спецификация судьбы индивидуальных клеток начинается раньше появления морфологических признаков. Так, сегментальная детерминация склеротомов уже существует до формирования сомитов. Раннее состояние детерминации, наблюдаемое в склеротомных клетках сомитов неприложимо к миогенным предшественникам.Трансплантаты сомитов в этом случае дают мышцы, морфологически типичные для сомита нового уровня. Однако установлено, что дорсальные (мышце-формирующие) и вентральные (хрящ-формирующие ) половины сомитов (I и II) еще не специфицированы. Результаты замещения этих компартментов указывают на то. что клетки дорсальной и вентраьной половин ротированого сомита респецифицируются скоре, чем рассортировывают по новому уже имеющиеся клетки. Позиционная спецификация внутри параксильной мезодермы зависит от Нох кода. Дополнительные эксперименты подтвержадают, что медаальная и латераьная половины вновь сфоримрованных сомитов также подвергаются респецификации. Медиальная и латеральная половины сомитов имеют разную миогенную судьбу, медиальная половина служит источником epaxial (глубоких спинных) мышц, тогда как латеральная половина дает hypaxial мускулатуру. ребер, живота конечностей. При обмене медиальных и латеральных половин сомита эпаксиальные и гипаксиальные мышцы формируются нормально. Таким образом, в ранних сомитах позиционная информация не достаточно хорошо поддерживается в дермо-миотоме, но м. частично поддерживаться в склеротоме. Однако недавние исследования (Dockter, Ordhal, 2000) собщили, что склеротомные клетки не детерминированы к образованию хряща, т.к. предшественники миотома детерминируются вскоре после эпителизации сомита, раньше, чем думали. Пролиферация клеток во время созревания сомита Во время гаструляции каждый сомит образуется примерно 300 клетками основательницами. Ко времени выделения из сегментальной пластинки каждый эпителиальный сомит содержит околов 2500 клеток. Пролиферация находится под контролем Shh и по-видимому Рах3 генов. Вентральная часть нервной трубки является мощным стимулятором синтеза ДНК внутри сомитов. Кроме того на пролиферацию и выживаемость сомитных клеток влияют сигналы, исходящие от аксиальных структур. Кроме того члены FGF семества, по-видимому, играют важную роль в формировании и росте сомита. на этоу указывает отсутствие сомитов и недостаот миогенных клеток при функциональном отсутствии FgFR-1. Как видно на рис. 6 сильная экспрессия Fgf8 обнаруживается в передней части первичной полоски, Гензеновском узелке и каудальной части сегментальной пластинки. Экспрессия Fgf4 ограничена каудальным концом сегментальной пластинки и Гензеновским узлом, а FGF-родственный прото-онкоген int-2 экспрессируется в ранней сегментальной пластинке во время гаструляции. Формирование дорсо-вентральнго паттерна внутри сомита Ключевым ранним событием созревания в сомитогенезе является демаркация будущего позвоночника и будущих склетных мышц туловища и конечностей. В течение 4-5 ч отпочковывания от сегментальной пластинки вентральнаячасть эпителиального сомита подвергаестя эпителиально-мезенхиной трансформации для формирования склеротома (рис. 7). Клетки склеротома являются предшественниками хрящейи костей (аксиальный скелет и ребра). Как только вентраьный сомит теряет свой эпиелиальный характер, то клетки сомитоцеля, лежащие между дорсальным и вентральным доменами, вступают в склеротом и оразуются эндотелиальные клетки. Дорсальная часть сомита, дермомиотом, сохраняет свою эпителиальную природу и является источником клеток, которые сформируют склетные мышцы, дермис и сосудистые производные. Из-за образования искривления при смыкании стенок тела в вентралной части дермомиотомы расширяются латерально в вентральную область сомита. В результате часть демомиотома, соседняя с нервной трубкой, обозначается как дорсомедиальная, тогд как противоположный край как вентролатеральный. Это подразделение определяется только по дифференциальной экспрессии некоторых генов. Дорсомедилаьная часть деромиотома является источником эпаксиальной мускулатуры и является перво областью, которая экспрессирует гены миогенной дифференцировки, MyoD ( у млекопитающих это Myf5). Другие гены экспрессируемые в дорсомедиальном сомите: Wnt-11, flik и Noggin. Клетки вентролатерального домена дермомиотома являются источником гипаксиальной мускулатуры ( скелетных мышц конечностей, стенки живота, торакса и языка), они экспрессируют Lbx1, c-Met, Msx1 и сохраняют экспрессию Рах3. Каждый позвонок состоит из частей двух соседних сомитов. Ростральная часть одного сомита образует каудальную чать позвонка, а каудальная половина соседнего сомита образует ростальную чать тоого же позвонка. Каждый полудомен характеризуется экспрессией Twist, Mesp семейства, или Eph семейства в несегментированной еще параксиальной мезодерме. Сведение двух получегментов соседних сомитов образуют миотом. Формирование позвонков и эпаксиальных мышц в свою очередь создает сегментный паттерн тела. Если детерминация склеротома является поздним событием, то спецификация ростральной и каудальной половин склертома осуществляется очень рано. Эта демаркация не распространяется досрвально и не включает формирующийся миотом. Принципиальными маркерами вентральных частей сомита и склеротома яявляются Рах1, Рах9 и Mfh1. Молекулярными маркерами дорсальной части сомита или дермомиотома являются Рах3, Рах7, Noggin, Wnt11, Sim1, Paraxis и Follistatin. Кроме того Рах3 (рис.9) и 7 маркируют клетки, которые станут миотомами и клетки. которые мигрируют из латеральных часте дермомиотома чтобы сформировать гипаксиальную мускулатуру, тогда как Рах1 (Рис.10) и 9 маркирут клетки, которые будут позвонками, межпозвонковыми дисками и ребрами. В отличие от Рах 1, который экспрессируется только после образованаия сомита, Рах3 впервые экспрессируетя в сегментальной пластинке, следовательно, путь, ведущий к миогенезу, инициируется раньше, чем путь к хондргенезу. Формирование склеротома Куриный гомолог Mesenchimal forkhead 1 (Mfh1), cFkh-1< экспрессируется в параксиальной мезодерме до образования сомита. В ходе развития его экспрессия ограничивается развивающимся склеротомом и сохраняется там вплоть до начала хондрогенеза. Ни Рах1, ни Рах9 не экспрессируются с пресомитной мезодерме, ни в двух только что сформированных сомитах. Экспрессия Рах1 впервые обнаруживается на ст 9НН в вентральной половине клеток сомитоцеля сомитов непосредственно перед их эпителизацией. Оба Рах1 и cFkh-1 экспрессируются в сомитах эмбрионов кур в ответ на действие хорды и Shh. По мере созревания сомита экспрессия Рах1 становится локализованной в вентральной части склеротома, тогда как экспрессия Рах9 инициируется кроме того и в дорсальной части склеротома. Клетки экспрессируюие Рах1 и Рах9 действуют синергично, формируя позвоночник. Вместе с Mfh1 они поддерживают пролиферацию склертомных клеток и важны для собственного развития дорсальной части склертома. Экспрессия Рах1 появляется в ответ на действие Shh сигналов от аксиальных структур. Noggin вместе с Shh наиболее важны для инициации и поддержки склеротома. Предполагается существование двух фаз Shh-обусловленной генерации хряща из склеротома, в первой инициируется компетентность отвечать на ВМР сигналы клетками склеротома, которые действуют как триггеры второй фазы хондрогенной дифференцировки. Экспрессия различных генов Wnt в дорсальной части нервной трубки и эктодерме инициирует механизм, которые противодействует действию Shh по индукции хряща. Эктопическая экспрессия Wnt-1 полнстью репрессирует маркеры слеротома и усиливает экспрессию дермомитомных маркеров. Чтобы предупредить дорсально экспрессрующиеся Wnts от взаимодействия со спецификацией судьбы вентральной части сомита экспрессструется в склертоме ген Secreted frizzled-related proteib 2 (Sfrp2), кодирующий потенциальный антогонист Wnt. Экспрессия Sfrp2 в склеротоме активируется с помощью Shh-N рекомбинатного белка, это указывает на то, что Shh сигнал отвечает за противодействие Wnts при формировании склеротома. Ростаракаудальная и медиолатеральная границы в склеротоме m-Twist преимущественно локализуется в каудальной части склеротома. Нулевые мутанты по этому гену обусловливают склеротомальный апоптоз, демонстрируя тем самым его роль в клеточной жизнеспособности. Медио-латеральная полярность в склеротоме отвечает за различные клеточные судьбы. Склеротомные клетки, проникающие в медиальное перихордальное пространство формируют аксиальный компартмент, предшественник тел позвонков и межпозвонковых дисков. Соседствующий с миотомом латеральный компартмент склеротома, формирующийся в основном из каудальной яасти склеротома, имеет треугольную форму при попереном срезе эмбриона. Края треугоьника являются рудиментами нервных дужек, ребер и зувшсду позвонков. Образование этих рудиментов, особенно ребер, зависит от FGF-сигналов от миотома. Считается, что ребра склеротомного происхождения. Дорсальная часть склертома формируется клетками, мигрирующими из дорсального медиального угла склеротома в пространство между перхней пластинкой нервной трубки и дермисом. Эти клетки жкспрессируют гены Msx-1 и Msx2, которые индуцируются с помощью ВМР4 из верхней пластинки и позднее формируют дорсальную часть нервных дужек и spinous отростков. Формирования вентральной и дорсальной частей склеротома нуждается в направленой миграции склеротомных клеток. Миотомы и формирование склетных мышц Миотом образуется из дермомиотома в ответ на комплекс сигналов, исходящих от соседних структур, включая хорду, нервную трубку, поверхносную эктодерму и промежутоную и латеральнуд пластинку мезодермы, что проявляется в экспрессии ЬнщВ. Рах3 и Рах7 являются принципиальными маркерами дермомиотома, оба паттернируются сигналами от аксиальных структур. Рах3 впервые экспрессируется в сегметальной пластинке и продолжает экспрессируоваться во всем вновь образовавшемся эпителиальном сомите. Постепенно его экспрессия подавляется в вентральной половине сомита и в клетках сомитоцеля, ограничиваясь дорсомедиальной и вентроалтеральной губами дермомиотома. Разрушение Рах3 гена (splotch) показввает, что функции Рах 3 и Рах7 не перекрываются в нервной трубке и в мигрирующих миогенных клетках внутри развивающихся сомитов, Рах7, по-видимому, способен лишь частично замещать Рах3. Клетки дорсомедиальной части дермомиотома, экспрессирующие Рах3 и 7, пролиферируют и транслоцируются в положение вентральнее дермомиотома. Здесь они подвергаются процессу элонгации вдоль рострокаудальной оси сомита, дифференцируясь в клетки, называемые миотомными миоцитами, одноядерными, непролиферирующими клетками, экспрессирующими специфичне для склетных мышц белки. По крайней мере первоначально экспансия популяции миотомных клеток осуществляется за счет пролиферации клеток в дермомиотоме, а не в миотоме. В инициации миотомов участвуют те же семества генов, что и в склеротомах, Shh, Wnts и члены TGFβ сверхсемейства (особенно ВМР4). Эти сигналы модулируются ВКМ с помощью различных связывающих белков и внутриклеточными элементами путей передачи сигналов. Noggin, антогонист действия ВМР, локализуется в дорсомедальной части дермомиотома, в месте миогенной детерминации. Рецепторы клеточной поверхности, включая Patched и Frizzled модулируются и в свою очередь модулирую Shh и Wnt сигналы, которые достигают клеток сомита.

Созревание сегмантальной пластинки

Сегментальная пластинка тянется от Гензеновского узелка или хвостовой почки до только что сформированного сомита. Новые клетки добавляются к ее каудальному концу, а расходуются на образование сомитов на ростральном ее конце, ее длина варьирует в зависимости от стадии развития, самая длинная она на ст 13-14 НН. Во время гаструляции сегментальная пластинка образуется как рыхлая мезенхима и только на ростральном конце она подвергается гистологическим изменениям, где она становится плотно упакованной и поляризованной (за исключением центрально распложенных клеток, которые находятся в сомитоцеле) перед мезенхимно-эпителиальной трансформацией. Перед сегментацией обнаруживается метамерное расположение мезенхимных клеток внутри сегментальной пластинки при СЭМ. Эти метамерные кластеры (сомитомеры) имеют постоянное число, характерное для данного вида во время первичной фазы сомитогенеза. У кур и перепела 10-12 сомитомеров. Сомитомеры, предшественники сомитов, появляются как билатераьные пары, наиболее каудальная пара обычно располагается непосредственно латеральнее Гензеновского узелка. Для того, чтобы каудальная сегментальная пластинка подверглась эпителизации и сформировала сомит необходимы сигналы от нервной трубки или поверхностной эктодермы.

Созревание сегментальной пластинки сопровождается экспрессией нескольких генов. Рыхло организованная мезенхима каудальной сегментальной пластинки характеризуется экспрессией Fgf8. В средней части сегментальной пластинки, где клетки начинают выстраиваться своими длинными осями перпендикулярно к поверхности сегментной пластинки, клетки начинают экспрессировать Paraxis. Этот HLH фактор экспрессируется вновь сформированными сомитами и характеризует клетки, которые дадут дермомиотом в дорсальных частях сомитов. Его экспрессия снижается по мере созревания сомитов. Paraxis необходим для эпителизаци и формирования сомитов. Имеются косвенные указания на участие Wnt пути в процессе сомитогенеза. Wnt антогонист, WIF-1, обнаруживает паттерн экспрессии, ограниченный пресомитной мезодермой. Появление клеточной полярности на краниальном конце сегментальной пластинки, когда начинается формирование зачатков эпителиальных сомитов, связано с с экспрессией генов сигнальных путей Notch и Eph.

Eph семейство рецепторных тирозин киназ и их лиганды, ephrins, экспрессируются в параксиальной мезодерме, где они играют роль в паттернировании границ сомитов и необходимы для собственно сегментации на ростральную и каудальную половины. Eph рецептор EphA4 и ephrins A-L1 и В2 экспрессируются интерактивным способом в пресомитной мезодерме, предшествуя собственно сегментации на ростральный и каудальный домен (рис. 5). В развивающихся сомитах птиц они экспрессируются в ростральных половинах сомитов. У рыбок данио нарушение передачи сигналов Eph ведет образовани ю аномальных границ сомитов, а также к снижению или нарушению паттерна экспрессии MyoD в миотоме. Миогеная диффренецировка и пути спинальных моторных аксонов разрушаются, когда они пересекают сомиты. Задерживается также подавление her1 (родственного hairy) и Deltа, факторов важных для сегментации пресомитной паракиальной мезодермы.

Сегментация сегментальной пластинки управляется экспрессией осцилирующего гена

Экспрессия осцилирующего гена существенна для сегментации сегментальной пластинки. У эмбрионов кур экспрессия генов c-hairy 1, c-hairy 2 и lunatic fringle возрастает и падает в виде пространственно-временного периодического паттерна, находящегося под контролем Notch-Delta 1 сигнальной системы. Они экспрессируются в виде циклических волн, нуждающихся в 90 мин для прохождения мезодермы сегментальной пластинки у эмбрионов кур. Эти волны экспрессии мРНК являются проявлением автономной функции клеток внутри сегментальной платинки скорее, чем проявлиенем смещения вдоль ростро-каудальной оси или распространения активирующего сигнала. Формируется один сомит на каждую волну экспрессии c-hairy 1, которая начинается каудально и движется рострально через сегментальную пластинку. После образования сомита, создаются условия для создания передних и задних границ до образования следующего сомита.

Хотя экспрессия c-hairy 1 и lunatic fringle совпадают в сегментальной пластинке, различия в их регуляции указывают на то, что lunatic fringlr м.б.подчинен c-hairy 1 в часовом механизме, однако не обязательно на прямом генетическом пути, т.к. мутация генов рфшкн не предупреждает цикличской экспрессии lunatic fringle. У мышей, гомозиготных по делеции lunatic fringle, отсутствуют каудальные сомиты и маркеры ростро-каудальной поляризации, такие как Uncx 4.1.

Notch-Delta сигнальный путь координирует экспрессию c-hairy 1 и 2 и lunatic fringle во время сегментации. У Xenopus две полосы X-Delta-2 экспрессии обнаруживаются в пресомитной мезодерме, закладывающие переднюд и заднюю границы презумптивного сомита. Циклическая экспрессия С-Deltd-1 обнаруживается в пресомитной мезодерме эмбрионов кур даже в отсутствие покрывающей эктодермы.

У эмбрионов кур cMeso-1 экспрессируется также циклически в одной из двух полос в ростральной части сегментной пластинки, предполагаемых границ презумптивных сомитов. В случае подавления его экспрессии не происходит сегментации на сомиты. У эмбрионов мышей, Xenopus и данио два родственных c-Veso-1 гена, Mesp и Thylacine, экспрессируются в пресегментальной пластинке, которая станет ростральной половиной сомита. Предполагается, что семейство Mesp необходимо для возникновения рострального и каудального доменов в сомите. У Mesp-2-дефицитных мышей параксиальная мезодерма неспособна к сегментации и нарушена ростро-каудальная полярность. Наблюдается подавление Notch 1 и 2, Dll1 и FgFR1, генов, экспрессирующихся в половинках сомитов и участвующих в осцилирующих молекулярных часах. Напротив, нарушение Notch сигнального пути нарушает экспрессию членов семейства Mesp в пресомитной мезодерме мышей. Экспрессия гена Thylacine ограничена пресомитной мезодермой и обнаруживается одновременно с экспрессией X-Deltd-2 у Xenopus. Если путь передачи сигналов Notch нарушен, то экспрессия Thylacine нарушена. Не известны молекулярные механизмы осцилляции генов. Осциляция должна инициироваться билатерально из общего источника, возможно Гензеновского узелка, и распространяться intrinsically на таймирование образования правой и левой параксиальной мезодермы.

Номенклатура сомитов

На каждой стади развития эмбрион содержит сомиты разных стадий развития. Наиболее каудальный сомит обозначается I. Проспективные сомиты в сегментной пластинке обозначаются цифрой с минусом. Так на ст. 13 НН (19 сомитов) 5-й из только что сформированных сомитов будет обозначен V/19.

Аксиальная спецификация параксиальной мезодермы и формирование компартментов сомита

Экспрессия генов c-Meso, Mesp и Thycacine предопределяет переднюю судьбу презумптивного сомита внутри параксиальной мезодермы еще до формирования сомита. Закладываются границы между ростаральной и каудальной половинами каждого проспективного сомита до его формирования. Это продемострировано с помощью мутаций N-cadherin и cadherin 11, при которых ростральная и каудальная половины сомита оказываются разделенными. Компартментализация сомитных клеток накладывает отпечаток на организацию несомитных производыных, таких как мигрирующий нервный гребень, пути двигательных аксонов и паттерн развития ганглиев дорсальных корешков.

Созревание сомитов непрерывный процесс, а спецификация судьбы индивидуальных клеток начинается раньше появления морфологических признаков. Так, сегментальная детерминация склеротомов уже существует до формирования сомитов. Раннее состояние детерминации, наблюдаемое в склеротомных клетках сомитов неприложимо к миогенным предшественникам.Трансплантаты сомитов в этом случае дают мышцы, морфологически типичные для сомита нового уровня.

Однако установлено, что дорсальные (мышце-формирующие) и вентральные (хрящ-формирующие ) половины сомитов (I и II) еще не специфицированы. Результаты замещения этих компартментов указывают на то. что клетки дорсальной и вентраьной половин ротированого сомита респецифицируются скоре, чем рассортировывают по новому уже имеющиеся клетки. Позиционная спецификация внутри параксильной мезодермы зависит от Нох кода.

Дополнительные эксперименты подтвержадают, что медаальная и латераьная половины вновь сфоримрованных сомитов также подвергаются респецификации. Медиальная и латеральная половины сомитов имеют разную миогенную судьбу, медиальная половина служит источником epaxial (глубоких спинных) мышц, тогда как латеральная половина дает hypaxial мускулатуру. ребер, живота конечностей. При обмене медиальных и латеральных половин сомита эпаксиальные и гипаксиальные мышцы формируются нормально. Таким образом, в ранних сомитах позиционная информация не достаточно хорошо поддерживается в дермо-миотоме, но м. частично поддерживаться в склеротоме. Однако недавние исследования (Dockter, Ordhal, 2000) собщили, что склеротомные клетки не детерминированы к образованию хряща, т.к. предшественники миотома детерминируются вскоре после эпителизации сомита, раньше, чем думали.

Пролиферация клеток во время созревания сомита

Во время гаструляции каждый сомит образуется примерно 300 клетками основательницами. Ко времени выделения из сегментальной пластинки каждый эпителиальный сомит содержит околов 2500 клеток. Пролиферация находится под контролем Shh и по-видимому Рах3 генов. Вентральная часть нервной трубки является мощным стимулятором синтеза ДНК внутри сомитов. Кроме того на пролиферацию и выживаемость сомитных клеток влияют сигналы, исходящие от аксиальных структур.

Кроме того члены FGF семества, по-видимому, играют важную роль в формировании и росте сомита. на этоу указывает отсутствие сомитов и недостаот миогенных клеток при функциональном отсутствии FgFR-1. Как видно на рис. 6 сильная экспрессия Fgf8 обнаруживается в передней части первичной полоски, Гензеновском узелке и каудальной части сегментальной пластинки. Экспрессия Fgf4 ограничена каудальным концом сегментальной пластинки и Гензеновским узлом, а FGF-родственный прото-онкоген int-2 экспрессируется в ранней сегментальной пластинке во время гаструляции.

Формирование дорсо-вентральнго паттерна внутри сомита

Ключевым ранним событием созревания в сомитогенезе является демаркация будущего позвоночника и будущих склетных мышц туловища и конечностей. В течение 4-5 ч отпочковывания от сегментальной пластинки вентральнаячасть эпителиального сомита подвергаестя эпителиально-мезенхиной трансформации для формирования склеротома (рис. 7). Клетки склеротома являются предшественниками хрящейи костей (аксиальный скелет и ребра). Как только вентраьный сомит теряет свой эпиелиальный характер, то клетки сомитоцеля, лежащие между дорсальным и вентральным доменами, вступают в склеротом и оразуются эндотелиальные клетки. Дорсальная часть сомита, дермомиотом, сохраняет свою эпителиальную природу и является источником клеток, которые сформируют склетные мышцы, дермис и сосудистые производные.

Из-за образования искривления при смыкании стенок тела в вентралной части дермомиотомы расширяются латерально в вентральную область сомита. В результате часть демомиотома, соседняя с нервной трубкой, обозначается как дорсомедиальная, тогд как противоположный край как вентролатеральный. Это подразделение определяется только по дифференциальной экспрессии некоторых генов. Дорсомедилаьная часть деромиотома является источником эпаксиальной мускулатуры и является перво областью, которая экспрессирует гены миогенной дифференцировки, MyoD ( у млекопитающих это Myf5). Другие гены экспрессируемые в дорсомедиальном сомите: Wnt-11, flik и Noggin. Клетки вентролатерального домена дермомиотома являются источником гипаксиальной мускулатуры ( скелетных мышц конечностей, стенки живота, торакса и языка), они экспрессируют Lbx1, c-Met, Msx1 и сохраняют экспрессию Рах3.

Каждый позвонок состоит из частей двух соседних сомитов. Ростральная часть одного сомита образует каудальную чать позвонка, а каудальная половина соседнего сомита образует ростальную чать тоого же позвонка. Каждый полудомен характеризуется экспрессией Twist, Mesp семейства, или Eph семейства в несегментированной еще параксиальной мезодерме. Сведение двух получегментов соседних сомитов образуют миотом. Формирование позвонков и эпаксиальных мышц в свою очередь создает сегментный паттерн тела. Если детерминация склеротома является поздним событием, то спецификация ростральной и каудальной половин склертома осуществляется очень рано. Эта демаркация не распространяется досрвально и не включает формирующийся миотом.

Принципиальными маркерами вентральных частей сомита и склеротома яявляются Рах1, Рах9 и Mfh1. Молекулярными маркерами дорсальной части сомита или дермомиотома являются Рах3, Рах7, Noggin, Wnt11, Sim1, Paraxis и Follistatin. Кроме того Рах3 (рис.9) и 7 маркируют клетки, которые станут миотомами и клетки. которые мигрируют из латеральных часте дермомиотома чтобы сформировать гипаксиальную мускулатуру, тогда как Рах1 (Рис.10) и 9 маркирут клетки, которые будут позвонками, межпозвонковыми дисками и ребрами. В отличие от Рах 1, который экспрессируется только после образованаия сомита, Рах3 впервые экспрессируетя в сегментальной пластинке, следовательно, путь, ведущий к миогенезу, инициируется раньше, чем путь к хондргенезу.

Формирование склеротома

Куриный гомолог Mesenchimal forkhead 1 (Mfh1), cFkh-1< экспрессируется в параксиальной мезодерме до образования сомита. В ходе развития его экспрессия ограничивается развивающимся склеротомом и сохраняется там вплоть до начала хондрогенеза. Ни Рах1, ни Рах9 не экспрессируются с пресомитной мезодерме, ни в двух только что сформированных сомитах. Экспрессия Рах1 впервые обнаруживается на ст 9НН в вентральной половине клеток сомитоцеля сомитов непосредственно перед их эпителизацией. Оба Рах1 и cFkh-1 экспрессируются в сомитах эмбрионов кур в ответ на действие хорды и Shh. По мере созревания сомита экспрессия Рах1 становится локализованной в вентральной части склеротома, тогда как экспрессия Рах9 инициируется кроме того и в дорсальной части склеротома. Клетки экспрессируюие Рах1 и Рах9 действуют синергично, формируя позвоночник. Вместе с Mfh1 они поддерживают пролиферацию склертомных клеток и важны для собственного развития дорсальной части склертома.

Экспрессия Рах1 появляется в ответ на действие Shh сигналов от аксиальных структур. Noggin вместе с Shh наиболее важны для инициации и поддержки склеротома.

Предполагается существование двух фаз Shh-обусловленной генерации хряща из склеротома, в первой инициируется компетентность отвечать на ВМР сигналы клетками склеротома, которые действуют как триггеры второй фазы хондрогенной дифференцировки.

Экспрессия различных генов Wnt в дорсальной части нервной трубки и эктодерме инициирует механизм, которые противодействует действию Shh по индукции хряща. Эктопическая экспрессия Wnt-1 полнстью репрессирует маркеры слеротома и усиливает экспрессию дермомитомных маркеров. Чтобы предупредить дорсально экспрессрующиеся Wnts от взаимодействия со спецификацией судьбы вентральной части сомита экспрессструется в склертоме ген Secreted frizzled-related proteib 2 (Sfrp2), кодирующий потенциальный антогонист Wnt. Экспрессия Sfrp2 в склеротоме активируется с помощью Shh-N рекомбинатного белка, это указывает на то, что Shh сигнал отвечает за противодействие Wnts при формировании склеротома.

Ростаракаудальная и медиолатеральная границы в склеротоме

m-Twist преимущественно локализуется в каудальной части склеротома. Нулевые мутанты по этому гену обусловливают склеротомальный апоптоз, демонстрируя тем самым его роль в клеточной жизнеспособности.

Медио-латеральная полярность в склеротоме отвечает за различные клеточные судьбы. Склеротомные клетки, проникающие в медиальное перихордальное пространство формируют аксиальный компартмент, предшественник тел позвонков и межпозвонковых дисков. Соседствующий с миотомом латеральный компартмент склеротома, формирующийся в основном из каудальной яасти склеротома, имеет треугольную форму при попереном срезе эмбриона. Края треугоьника являются рудиментами нервных дужек, ребер и зувшсду позвонков. Образование этих рудиментов, особенно ребер, зависит от FGF-сигналов от миотома. Считается, что ребра склеротомного происхождения. Дорсальная часть склертома формируется клетками, мигрирующими из дорсального медиального угла склеротома в пространство между перхней пластинкой нервной трубки и дермисом. Эти клетки жкспрессируют гены Msx-1 и Msx2, которые индуцируются с помощью ВМР4 из верхней пластинки и позднее формируют дорсальную часть нервных дужек и spinous отростков. Формирования вентральной и дорсальной частей склеротома нуждается в направленой миграции склеротомных клеток.

Миотомы и формирование склетных мышц

Миотом образуется из дермомиотома в ответ на комплекс сигналов, исходящих от соседних структур, включая хорду, нервную трубку, поверхносную эктодерму и промежутоную и латеральнуд пластинку мезодермы, что проявляется в экспрессии ЬнщВ. Рах3 и Рах7 являются принципиальными маркерами дермомиотома, оба паттернируются сигналами от аксиальных структур. Рах3 впервые экспрессируется в сегметальной пластинке и продолжает экспрессируоваться во всем вновь образовавшемся эпителиальном сомите. Постепенно его экспрессия подавляется в вентральной половине сомита и в клетках сомитоцеля, ограничиваясь дорсомедиальной и вентроалтеральной губами дермомиотома. Разрушение Рах3 гена (splotch) показввает, что функции Рах 3 и Рах7 не перекрываются в нервной трубке и в мигрирующих миогенных клетках внутри развивающихся сомитов, Рах7, по-видимому, способен лишь частично замещать Рах3.

Клетки дорсомедиальной части дермомиотома, экспрессирующие Рах3 и 7, пролиферируют и транслоцируются в положение вентральнее дермомиотома. Здесь они подвергаются процессу элонгации вдоль рострокаудальной оси сомита, дифференцируясь в клетки, называемые миотомными миоцитами, одноядерными, непролиферирующими клетками, экспрессирующими специфичне для склетных мышц белки. По крайней мере первоначально экспансия популяции миотомных клеток осуществляется за счет пролиферации клеток в дермомиотоме, а не в миотоме.

В инициации миотомов участвуют те же семества генов, что и в склеротомах, Shh, Wnts и члены TGFβ сверхсемейства (особенно ВМР4). Эти сигналы модулируются ВКМ с помощью различных связывающих белков и внутриклеточными элементами путей передачи сигналов. Noggin, антогонист действия ВМР, локализуется в дорсомедальной части дермомиотома, в месте миогенной детерминации. Рецепторы клеточной поверхности, включая Patched и Frizzled модулируются и в свою очередь модулирую Shh и Wnt сигналы, которые достигают клеток сомита.

Molecular and cellular Biology of avian somite development Stockdale F.E., Nikovits W., Christ B. Devel.Dyn. V.219. N 3. P.304-321

Параксиальная мезодерма