В развивающихся нефронах метанефросов млекопитающих самостоятельные гломерулярные и тубулярные регионы сначала могут обнаруживаться на стадии S-образного тельца, по морфологическим и молекулярным критериям (Dressler, 2006; Quaggin and Kreidberg, 2008; Georgas et al., 2009). История клубочкового и канальцевого компонентов нефрона до этой стадии неясна. Современные модели подразделения нефрона в целом полагают, что претубулярный агрегат и почечный пузырек состоят из эквивалентных не детерминированных клеток предшественников, которые постепенно, под влиянием мало известных сигналов регионализации, дифференцируются в клубочковые и канальцевые типы клеток (rev. Costantini and Kopan, 2010). Данная работа модифицирует и дополняет эту модель несколькими способами.

Во-первых исследование предоставляет несколько линий доказательств, что онтогенетические пути подоцитов и компонентов канальцев нефронов различаются раньше, чем это предполагалось. Задолго до образования первых PTA или RV, промежуточная мезодерма (IM) может быть подразделена на дорсальный и вентральный регионы, при этом дорсальный регион генерирует канальцы, но не подоциты, а вентральный регион обладает подоцитами, но не обнаруживает экспрессии канальцевых генов (Fig. 3). Кроме того, блокирование миграции почечного протока и затем и формирования канальцев не полностью предупреждает появление экспрессирующих Nphs2 похожих на подоциты клеток in vivo (Fig. 4). Теперешние эксперименты не выявляют, когда специфицируются клоны подоцитов и канальцев. Возможно, что клоны уже специфицированы во время разделения IM на дорсальную и вентральную части в экспериментах, показанных на Fig. 3A-G. Экспрессия Pod1 в вентральной, но не дорсальной части IM (Fig. 2B), также как и морфологические различия между двумя регионами IM (Fig. 2A,A?), подтверждают идею, что клоны подоциты и канальцев может быть уже до некоторой степени отличаться на этой стадии. Однако, возможно, что один или оба региона IM продолжают получать важные сигналы во время периода культуры от соседних тканей, включая дорсальные и вентральные экспланты. Это, по-видимому, имеет место, однако ни тубулярный, ни подоцитарный клоны не нуждаются в присутствии др. клонов, чтобы подвергнуться инициальной дифференцировке.

Во-вторых, находка, что каноническая передача сигналов Wnt является сильным репрессором образования подоцитов, подтверждает, что передача сигналов Wnt , скорее всего, играет роль в подразделении нефрона. Wnt9b экспрессируется в нефрическом протоке и необходим и достаточен для индукции нефрона (Carroll et al., 2005; Park et al., 2007). Современные результаты подтверждают, что Wnt9b (или др. источник канонической передачи сигналов Wnt) не только инициирует образование PTA, но и также участвует в формировании паттерна нефрона, при этом регионы, которые получают высокие уровни передачи сигналов Wnt , становятся канальцами, а регионы, которые получают низкие уровни передачи сигналов становятся подоцитами. В подтверждение этой модели, Wnt4, который также необходим для образования нефронов (Stark et al., 1994), экспрессируется в PTA, RV и S-образных телах метанефросов мышей, при этом обнаруживается склонность пеемещения в направлении будущей дорсальной стороны нефрона и отталкивание от проксимального конца, где располагаются подоциты (Stark et al., 1994; Kispert et al., 1998) [see also GUDMAP Embryo #8209 (McMahon et al., 2008)]. Противоположные результаты были получены в пронефросах Xenopus, к уоторых избыточная экспрессия Wnt4 ведет к экспансии гломерулярных генов (Naylor and Jones, 2009). Различия между курами и Xenopus могут быть обусловлены временем (у Xenopus, Wnt4 РНК вносилась в 8-клеточные эмбрионы) или различиями между формированием паттерна пронефросов и мезонефросов. Рабочая модель для инициальных событий сегментации нефрона в мезонефросах представлена на Fig. 6A. В модели передача сигналов Wnt от нефрического протока индуцирует образование канальцев и подавляет образование подоцитов. Образование подоцитов может быть 'default' путём дифференцировки, который осуществляется в отсутствии передачи сигналов Wnt или может нуждаться в активной индуктивной передаче сигналов , вообще-то от аорты или др. тканей, соседствующих с вентральной частью IM. Передача сигналов Notch и ретиноевой кислоты, как было установлено, участвует в регуляции формирования подоцитов (McLaughlin et al., 2000; McCright et al., 2001; Cheng et al., 2003; Taelman et al., 2006; Cheng et al., 2007; Wingert et al., 2007; Naylor and Jones, 2009). Важной целью будущих исследований д. стать понимание взаимоотношений между передачей сигналов Wnt, Notch и ретиноевой кислоты в регуляции подразделения нефрона. Fig. 6.

Возникает и третьий вопрос, о взаимоотношениях PTA и RV в полностью сформированном нефроне (Fig. 6B,C). Поскольку современные исследования показали, что спецификация подоцитов и канальцев начинается до образования PTA и RV, они не согласуются с моделью, согласно которой подоциты и канальцы происходят из общей несегментированной предшествующей структуры, такой как PTA или RV, которые затем дифференцируются в клон подоцитов и канальцев под действием локальных сигналов. Возможно, однако, что PTA и/или RV являются гибридными структурами, которые строятся из двух отдельных источников из уже сформировавших паттерн подоцитов и предшественников канальцев (Fig. 6B, b1). Альтернативно PTA и RV могут быть предшественниками только тубулярного компонента нефрона, при этом предшественники подоцитов присоединяются в определенный момент времени перед образованием S-образных тел (Fig. 6B, b2). Чтобы выбрать между этими моделями необходимо картирование судеб на уровне одиночных клеток в мезонефрическом IM, PTA и RV, эксперименты, которые ведутс в нашей лаб.оратории.

Хотя изолированная вентральная часть IM может инициировать экспрессию специфичного для подоцитов гена Nphs2, она не обладает полной дифференцировкой типа подоцитов. Экспрессирующие podocin похожие на кисты структуры в вентральных изолированных эксплантах похожи на раннюю эпителиальную стадию дифференцировки подоцитов (Quaggin and Kreidberg, 2008), указывая, что эти кисты могут представлять собой арест стадии дифференцировки подоцитов. Способность этой же самой вентральной части IM формировать хорошо дифференцированные подоциты при совместном культивировании с формирующей канальцы дорсальной частью IM (Fig. 3B,C) подтверждает, что предшественники подоцитов нуждаются во взаимодействии с компонентом дорсальной части IM , чтобы полностью дифференцироваться. Важной будущей целью должно стать понимание факторов, которые способствуют дифференцировке и созреванию предшественников подоцитов, а также интеграции др. гломерулярных компонентов, включая мезангиальные клетки и эндотелий.

Фокус современных экспериментов на мезонефросах кур и важно понять, как , как эти результаты приложимы к образованию мезонефросов млекопитающих, которые привлекли много внимания. Мы показали здесь (Fig. 1), что нефрогенез в мезонефросах кур сильно напоминает образование нефронов в метанефросах мыши и экспрессию молекулярных маркеров. Находка в данной работе, что подоциты и канальцы развиваются отличающимися онтогенетическими путями с очень ранних стадий образования почек, должна теперь быть изучена на метанефросах млекопитающих. Метанефросы подвергаются значительно большей экспансии, чем мезонефросы и поэтому аспекты становления предшественников подоцитов и канальцев, скорее всего, будут отличными в этих двух случаях. Сегодня отсутствуют доказательства для формирования препаттерна проксимальных и дистальных компонентов метанефрических канальцев; однако, необходимо сказать, что отсутствуют также определенные доказательства против этой возможности. Генетические исследования по отслеживанию клонов показали. что индивидуальные Six2-экспрессирующие клетки могут давать как подоциты, так и компоненты канальцев нефронов (Kobayashi et al., 2008), но поскольку Six2 экспрессируется очень рано во всей мезонефрической мезенхиме (Oliver et al., 1995), но это не исключает последующей сегрегации потомства из оригинального клона в отдельные пулы подоцитов и предшественников канальцев. Очень интересным моментом является исследование экспрессии Pod1, экспрессирующегося специфически в вентральной части мезонефральной IM (Fig. 2). В метанефросах мышей Pod1 (также известный как Tcf21) экспрессируется в субнаборе клеток предшественников метанефрической мезенхимы и позднее экспрессируется в подоцитах и строме, но не в эпителии канальцев (Quaggin et al., 1998; Quaggin et al., 1999). Исследования генетических клонов с использованием линий мышей Pod1-cre иногда дают конфликтующие результаты в отношении картирования судеб Pod1-экспрессирующих клеток, возможно из-за различий во времени и эффективности индукции cre и активации репортера (Acharya et al., 2011; Maezawa et al., 2012). Проведение повторной проверки Pod1-cre мышей помогло определить, маркирует ли Pod1 пре-подоциты и/или пре-стромальный клон в метанефросах мышей, и имеется ли какая-нибудь связь между клонами подоцитов и стромы.

Хотя мезонефрические и метанефрические нейроны амниот имею клубочки непосредственно соединенные с канальцами, это не является всеобщим для почек всего царства животных (Goodrich, 1895; Goodrich, 1930; Ruppert, 1994). В большинстве случаев функция подоцитов и функция фильтрации крови пространственно отделены от функции преобразования и экскреции канальцами. Обычно эти два компонента разделяются за счет экспансии полости тела, или целома, при этом подоциты фильтруют выделения организма в целом, а канальцы и нефрический проток преобразуют и дренируют фильтрат из целома наружу. У Xenopus, имеются доказательства раздельности гломерулярной и тубулярной онтогенетических программ (Urban et al., 2006). В организмах, нуждающихся в высокой производительности почек, подоциты и канальцы приходят в тесное соприкосновение, сокращая в конечном итоге целомное пространство в Bowman's капсулу, которая непосредственно связывает клубочки со входом в канальцы, как это наблюдается у позвоночных амниот. Современные результаты показывают, что несмотря на это всё более тесное и тесное соединение гломерулярного и тубулярного компонентов нейрона, различия между инициальными путями развития подоцитов и канальцев, по-видимому, законсервированы в интегрированных нейронах амниот. Т.о., существование отдельных путей развития для компонентов фильтрации и канальцев в почечной системе может быть фундаментальным свойством экскреторной системы у животных.