Во время развития задний мозг позвоночных временно подразделяется на серию клонально ограниченных сегментов, наз. ромбомерами, благодаря экспрессии различных транскрипционных факторов. Отметим формирование передне-заднего паттерна и сегментация заднего мозга являются критическими для соотв. спецификации типов нейрональных клеток [1-5]. Характеристика каждого сегмента заднего мозга регулируются с помощью Hox семейства гомеобоксных транскрипционных факторов [6-18]. Корректный набор hox генов, экспрессируемых внутри каждого сегмента заднего мозга специфицирует качественные особенности клеток внутри сегмента путем активации региональной экспрессии молекул клеточной миграции и ведения аксонов. Блокирование функции Hox белков или их Pbx (Pre-B cell leukemia) и Meis (Myeloid ecotropic virus integration site) кофакторов внутри заднего мозга приводит к изменениям характеристик рабдомеров и к соотв. дефектам в миграции краниальных двигательных нейронов и ведения аксонов [6,17,19-21].

Происходящий из витамина А морфоген ретиноевая кислота (RA) регулирует формирование передне-заднего паттерна нервной трубки, включая определение региональных качественных особенностей сегментов заднего мозга [22-28]. Напр., дефицитные по витамину А эмбрионы перепела лишены задних ромбомеров r4-r8 [24,25]. Поддержание точного уровня ретиноевой кислоты является критическим, с повышением уровней возникают тератогенные дефекты переднего мозга, сердца и глаз [24,29]. В заднем мозге дефекты сегментации, ассоциированные с изменениями в ретиноевой кислоте, приписываются альтерациям экспрессии hox генов [9,27,30-33]. Напр., повышение уровней ретиноевой кислоты вызывает экспансию в задней части заднего мозга экспрессии hox-4 [31,32], тогда как дефицит ретиноевой кислоты взывает потерю у эмбрионов доменов экспрессии для hox-1, hox-3 и hox-4 паралогов [16,17,26,28].

Региональная специфичность передачи сигналов ретиноевой кислоты достигается частично благодаря ограничению доменов белков Retinaldehyde dehydrogenase (Raldh, кодируемого aldh1a семейством генов), энзимов, которые катализируют скорость ограничивающую ступень синтеза RA [34,35]. Фармакологическая блокада активности Raldh с помощью diethylaminobenzaldehyde (DEAB) приводит к устранению задней части заднего мозга, фенотипу, аналогичному при дефиците витамина А у перепелов [26,36]. Семейство heme-thiolate цитохрома p450 типа 26 энзимов (cyp26a1/b1/c1) гидроксилирует RA, модификация, которая нацеливает её на деградацию [37,38]. Передний мозг, средний мозг и передняя часть заднего мозга экспрессируют cyp26 гены, поэтому блокирование передачи сигналов RA происходит в этих регионах [39-43]. Комбинированная активность экспрессируемых сзади aldh1a со специфичными для передних частей cyp26 генами сохздает определенную зону передачи сигналов RA в презумптивном заднем мозге. Активность RA обеспечивается внутриклеточно с помощью двух семейств ядерных рецепторов, retinoid-X-receptor (RXR) и retinoic acid receptor (RAR) [44-46]. Лигандом связанные гетеродимерные RXR:RAR комплексы активируют транскрипцию генов, содержащих retinoic acid response elements (RAREs). Анализ консервативных не кодирующих элементов, окружающих hox-1 и hox-4 паралоги идентифицировал RAREs, которые важны для специфичной для ромбомеров экспрессии hox-1/hox-4 генов в заднем мозге [11,31,34,47,48]. В подтверждение альтерации в уровнях RA приводят к выраженным дефектам доменов экспрессии генов hox-1 и hox-4 [11,31,34,47,48].

Хотя роль и потребность в генах метаболизма ретиноевой кислоты во время эмбриогенеза активно изучалась, факторы, действующие, чтобы инициировать и поддерживать экспрессию генов метаболизма RA, остаются в основном неизвестными. У позвоночных транскрипционные факторы семейства Zic (Zinc Finger of the Cerebellum) транскрипционных факторов динамически экспрессируются в частично перекрывающихся регионах нервной трубки, демонстрируя их роль в нейральном развитии. Недавние доказательства подтвердили связь между Zic транскрипционными факторами и путем передачи сигналов ретиноевой кислоты: Maurus et al. продемонстрировали, что потеря у рыбок данио Zic1 вызывает снижение в презумптивном переднем мозге экспрессии cyp26a1 и увеличение передачи сигналов RA, определяемые с помощью RARE:eGFP трансгенов [49]. Далее мутации в ZIC2 человека приводят к голопрозэнцефалии (HPE), дефекту переднего мозга, когда полушария головного мозга неспособны к разделению во время развития [50,51], а фенотипы HPE связаны с аберрантной передачей сигналов RA, указывая тем самым на возможную связь между Zic2 и метаболизмом ретиноевой кислоты [29,36,52,53]. Исходя из этих наблюдений, мы тестировали гипотезу, что транскрипционные факторы Zic играют ключевую роль в инициации и поддержании экспрессии генов метаболизма RA во время эмбриогенеза рыбок данио. Полученные данные продемонстрировали, что zic2 гены рыбок данио действуют выше метаболизма ретиноевой кислоты и подтвердили новое регуляторное взаимодействие между Zic2a и Zic2b транскрипционными факторами и RA-синтезирующим геном aldh1a2. Далее мы показали, что передача сигналов Zic2 необходима для формирование паттерна собственно заднего мозга.

Наши данные согласуются с моделью, согласно которой Zic2a и Zic2b действуют выше метаболизма ретиноевой кислоты путем активации aldh1a2. Как было показано, имеется раннее снижение уровня транскриптов aldh1a2 у морфантов Zic2a2b и снижение уровней передачи сигналов ретиноевой кислоты при Tg(12xRARE-ef1a:eGFP) трансгенах, сходное с таковым у истощенных по Zic2a2b и Aldh1a2 эмбрионов. Далее, снижение нейронов вагуса у морфантов zic2a2b устранялось при воздействии ретиноевой кислоты, продукт реакции, катализируемой с помощью Aldh1a2. Чтобы определить, поддерживается ли это взаимоотношение между Zic2a2b и aldh1a2 в поздних нейронах, были изучены aldh1a2 морфанты Tg(isl1:eGFP) рыбок данио. Истощенные по Aldh1a2 эмбрионы также обнаруживали статистически достоверное снижение длины домена вагуса, очень сходное с наблюдаемым у Zic2a2b-истощенных эмбрионов (compare Figures 10 and 11). Сравнимое снижение длины домена вагуса подтверждает гипотезу, что Zic2a2b действует выше aldh1a2. Итак, наши данные показывают, что большинство задних классов branchiomotor нейронов, нейронов н. вагуса, чувствительно к альтерациям к уровням ретиноевой кислоты. Повышение ретиноевой кислоты вызывает экспансию области и длины популяции вагусных нейронов, тогда как истощение ретиноевой кислоты уменьшает их популяцию. В соответствии с этим наблюдением снижение уровня передачи сигналов ретиноевой кислоты у Zic2a2b-истощенных эмбрионов вызывает снижение размера домена нейронов н. вагуса. Важно, что домен вагусных нейронов у Zic2a2b-истощенных эмбрионов может быть восстановлен добавлением RA до физиологических уровней.