8 из 10 известных предшественников HD генов имеют законсервированный eh1 домен, котоорый отвечает за рекрутирование ко-репрессоров из семейства Groucho-TLE (Gro/TLE). Было установлено, что функции репрессоров класса II, Nkx белков зависит от присутствия eh1 домена. С помощью электропортации полной длины или eh1-делетированных генов Nkx в нервную трубку эмбрионов кур было показано, что неправильная экспрессия Nkx2.2 или Nkx6.1 вызывает подавление класса I HD генов (Pax6 и Dbx2 соотв.), но только если присутствует eh1 домен. Неправильная же экспрессия Nkx6.1 обычно индуцирует эктопическу экспрессию детерминант моторных нейронов MNR2, но этот эффект устраняется, если eh1 делетирован. Пространственно-временная экспрессия Gro/TLE ко-репрессоров в нервной трубке согласуется с их ролью в нейрональной спецификации. Эктопическая экспрессия Grg5, эндогенного доминантно-негативного Gro/TLE ингибитора, предупреждает mutual репрессию между парами class I/class II. Хотя экспрессия Grg5 обусловливает распространение в дорсальном направлении домена экспресси Nkx6.1, это не ведет к эктопической спецификации моторных нейронов, подтверждая тем самым, что она также нуждается в активности Gro/TLE ко-репрессора.

На основании этих данных Muhr et al. предлагают модель дерепрессии для спецификации судьбы нейронов в нервной трубке. Домен pMN иллюстрирует, как эта модель м. работать; здесь, Nkx6.1 непосредственно репрессирует экспрессию детерминант V1 интернейронов и репрессирует также экспрессию Dbx2, предупреждает эту репрессию ген, кодирующий MNR2. Одновременно, Pax6, по-видимому, действующий как промежуточный репрессор, т.к. он не обладает eh1 доменом, ингибируя экспрессию детерминант V3 интернейронов. Таким образом, моторные нейроны специфицируются в результате дерепрессии MNR2, тогда как альтернативный нейрональный фенотип супрессируется. Сходные репрессивные взаимодействия, по-видимому, имеют место при нейрональной спецификации доменов и др. предшественников.

Вопрос, как гены детерминант нейрональных субтипов активируются, остается без ответа.

ORIGINAL RESEARCH PAPER Isshiki, T. et al. Drosophila neuroblasts sequentially express transcription factors which specify the temporal identity of their neuronal progeny. Cell 106, 511-521 (2001) | PubMed | ISI |
FURTHER READING Livesey, F. J. & Cepko, C. L. Vertebrate neural cell-fate determination: lessons from the retina. Nature Rev. Neurosci. 2, 109-118 (2001) | Article | PubMed | ISI |

Triple-labelled confocal image of a field of Drosophila neuroblasts that are cell-cycle arrested by a mutation in the string (cdc25) gene. Neuroblasts are stained for Kruppel (green), Pdm1 (blue) and Eagle (red). kruppel is transiently expressed early in neuroblast lineages, where it specifies the birth order identity of neuroblast progeny, but in this embryo most neuroblasts remain Kruppel positive because of cell-cycle arrest. Photograph by Bret Pearson, University of Oregon, USA.

Клетки-предшественники нейронов у Drosophila или нейробласты подвергаются серии асимметричных делений, в результате которых отшнуровываются маленькие ganglion mother cells (GMCs), большинство из которых делится лишь раз и дает два нейрона. Нейроны, которые появляются раньше занимают глубокие клеточные слои и формируют длинные аксональные отростки, тогда как появившиеся позднее нейроны колонизируют все более и более поверхностные слои и формируют короткие отростки. Последовательность их появления отражается также в экспресиии генов транскрипционных факторов; рано появившиеся нейроны экспрессируют ген hunchback gene (hb), нейроны средних слоев экспрессируют pdm, а поздно родившиеся нейроны экспрессируют castor (cas). Помимо этого, Isshiki et al. идентифицировали популяцию клеток между hb- и pdm-экспрессирующими слоями, которая экспрессирует ген Kruppel (Kr).

Авт. анализировали экспрессию этих 4 генов в нейробластах во время развития и показали, что независимо от клонального происхождения нейронов они почти всегда экспрессируются в нейробластах временно в следующей последовательности hb Kr pdm cas. Клетки GMCs и их нейрональное потомство наследует и стабилизирует профиль генной экспрессии нейробластов во время их рождения. В экспериментах с потерей или избыточной функцией было установлено, что экспрессия birth order генов в GMCs необходима и достаточна для спецификации birth order identity (базирующейся на экспрессии генов, экспрессии нейротрансмиттеров и/или морфологии аксонов). Однако, хотя судьба клеток, экспрессирующих специфические гены инвариантна в данном клоне, имеется существенная изменчивость между клонами. Напр., hb-экспрессирующие GMCs м. давать моторные нейроны, интернейроны или даже глию,в зависимости от типа нейробласта, из которого они возникают.

Как стабилизируется экспрессия генов в GMCs чтобы создать birth-order 'memory'? Как регулируется последовательность экспрессии ? Isshiki et al. нашли доказательства регуляции внутри пути, где каждый фактор способен активировать следующий ген последовательности благодря репрессии next-but-one gene. Однако, вряд ли это главный контролирующий механизм, т.к. инактивация одного любого гена вызывает лишь незначительные отклонения в последовательности экспрессии. Предполагается вовлечение добавочного часового механизма, который связан с клеточным циклом.

У млекопитающих уже идентифицированы гомологи некоторых Drosophila birth order генов, будущие исследования покажут, контролируется ли зависимое от времени формирование паттерна у позвоночных с помощью сходных механизмов.