Для некоторых генов инактивация приводит к небольшим если вообще каким-либо эффектам на морфогенез структур сустава, но вместо этого вызывает существенное влияние на рост, в первую очередь нижнечелюстного мыщелка. Ранее рассмотренные эффекты на образование суставного диска у ihh (-/-) мышей сопровождались ингибированием пролиферации и снижением экспрессии Sox9 и PTHrP (критический компонент регуляторной петли ihh) в MCC, приводя к образованию сильно укороченной нижней челюсти (Shibukawa et al., 2007). При tamoxifen-индуцированных условных нокаутах ihh на постнатальный день 4, 7, 14, и 56, разрушает зональную архитектуру MCC, при этом обнаруживается существенное уменьшение зон прехондробластов и ранних хондроцитных клеток (Ochiai et al., 2010). Частичное слияние элементов (ankylosis) диска с поверхностью мыщелка также присутствует, подтверждая, что ihh может быть важен для постнатального роста TMJ. В хряще конечности PTHrP образует негативную петлю обратной связи с ihh, при этом PTHrP поддерживает хондроциты в пролиферативном, менее дифференцированном состоянии. Эта петля обратной связи, по-видимому, работает в прехондробластах MCC , как она делает это в пролиферативных хондроцитах ростовой пластинки (Shibukawa et al., 2009). Мыши с целенаправленной экспрессией конституитивно активного рецептора PTHrP в хряще также обнаруживают постнатальные аномалии TMJs, но в этом случае мыщелковый хрящ в основном состоит из незрелых хондроцитов и фибробластных клеток, при этом присутствуют лишь немногие островки гипертрофического хряща (Tsutsui et al., 2008). Др. исследование, анализирующее эффект на TMJ heparan sultate proteoglycans (HS-PGs). Хотя тяжело затронутые мыши Ndst (-/-) лишены TMJ, слабо поврежденные мутанты на ст. E18.5 обнаруживают более толстый слой прехондробластных клеток с повышенной пролиферацией по сравнению с животными дикого типа (Yasuda et al., 2010). Хотя экспрессия ihh не затронута у мутантов топография сигнальной активности ihh, как показывает его рецептор Ptch, была значительно шире, чем у животных дикого типа. Авт. полагают, что эта находка отражает более обширное поле диффузии ihh, это оказывается возможным из-за отсутствия связывания ihh дефектными HS-PGs в мутантном мыщелке.

Передача сигналов Transforming growth factor-beta (TGF-β) также играет важную роль в регуляции роста MCC, как было показано с помощью обусловленной инактивации одного из его рецепторов, Tgfbr2, в клетках краниального нервного гребня (Oka et al., 2007). Этот рецептор специфически необходим для пролиферации как в клетках остеогенных предшественников, так и хондрогенных предшественников. Хотя мезенхимный конденсат для мыщелка присутствует у Tgfbr2 мутантных мышей на ст. E14.5 (Fig. 6F), метахроматичное окрашивание хряща существенно уменьшается в мутантном мыщелке на ст. E16.5 (Fig. 6D). Когда формирование сустава закончено у животных дикого типа на ст. E18.5, хондрогенез отростка мыщелка сохраняется значительно редуцированным по сравнению с мутантным мыщелком, а гипертрофическая зона полностью отсутствует (Fig. 6B). Т.о., хотя морфогенез мыщелка не полностью подавлен, возникающая структура имеет только рудиментарный хрящевой компонент. Последующее исследование этой группы (Oka et al., 2008) продемонстрировало существенно сниженную пролиферацию хряща мыщелка мутантных животных, а также снижение экспрессии Sox9. Экспрессия Runx2 однако увеличена в мутантном мыщелке, как и экспрессия Dlx5, транскрипционного фактора, важного для дифференцировки остеобластов. Авт. подтвердили, что передача сигналов TGF-β влияет на судьбу клеток в делящихся клетках MCC за счет регуляции экспрессии Sox9, которая, в свою очередь, репрессирует экспрессию Runx2. В завершение этих экспериментов половина нижней челюсти мышей с E13.5 по E14.5 подвергалась воздействию в культуре экспланта ингибитора нижестоящей передачи сигналов типа I TGF-β рецепторов, при этом партнер с Tgfbr2 обнаруживает полную потерю вторичного хряща, не наблюдаемую в vehicle-treated эксплантах, а предсуществующие вторичные хрящи на ст. E15.5 эксплантов исчезают после культивирования в течение 4-х дней (Anthwal et al., 2008). Эти результаты показали, что TGF-β необходим для инициации вторичного хряща в нижней челюсти. Однако, изучение мышей, лишенных всей поперечнополосатой мускулатуры, показало, что мышцы влияют критически на поддержание вторичных хрящей в нижней челюсти. Наиболее выраженные эффекты наблюдаются в ассоциированном с мышцами угловом и coronoid хряще с меньшим эффектом на хрящ мыщелка, при этом авт. предполагают, что суставные силы могут также вносить вклад в поддержание вторичного хряща (Rot-Nikcevic et al., 2007).



Figure 6. TGF-β signaling is required for proper development of the condylar process. Histological analysis of the coronoid, condylar and angular processes in control and Tgfbr2fl/fl;Wnt1-Cre mice. A,B: Hematoxylin and eosin staining shows clear zones of endochondral ossification in the condylar and angular processes in the control at E18.5. The insets show X-gal staining of the condyle and angular processes. The endochondral ossification of the condylar process is diminished in the Tgfbr2fl/fl;Wnt1-Cre mutant at E18.5. C-F: Safranin-O staining of the condylar process at E16.5 (C,D) and at E14.5 (E,F). At E16.5, the three zones, articular, intermediate and hypertrophic, are visible in the control, but chondrogenesis of the condylar process is dramatically diminished and the hypertrophic zone is not detectable in the mutant (arrows). At E14.5, the condylar cartilage matrix is visible in control (arrows), but not in the Tgfbr2fl/fl;Wnt1-Cre mice (asterisk). Scale bar?=?200 ?m in panels A-F. Cd, condylar process; Cr, coronoid process; Ang, angular process; az, articular zone; iz, intermediate zone; hz, hypertrophic zone. Oka et al., Dev Biol 2007;303:391-404. Used with the permission of the author.

Передача сигналов Fibroblast growth factors (FGFs) посредством 4-х рецепторов (fgfr1-4), чтобы регулировать разнообразные клеточные процессы, включая рост хряща и образование эндохондральной кости (Ornitz, 2005). Один из таких рецепторов, Fgfr3, как полагают ингибирует пролиферацию хондроцитов и негативно регулирует эндохондральную оссификацию длинных костей, при этом разрушение Fgfr3 приводит к избыточному росту (Colvin et al., 1996) , а постоянная активация к укорочению (Deng et al., 1996). Три из FGF рецепторов (fgfr1, fgfr2 и fgfr3) экспрессируются в разных слоях хряща мыщелка (Molteni et al., 1999; Purcell et al., 2012). Мыши с knock-in мутацией в Fgfr3 которая значительно усиливает сродство рецепторов к его лиганду, обнаруживают ряд альтераций в структуре TMJ, а рост начинается на 21 день постнатального развития (Yasuda et al.,2012). Общий размер мыщелка, а также общая толщина хряща были меньше у мутантных мышей, при этом наблюдалось снижение пролиферации, экспрессии Sox9 и Col10 и уменьшение сети костных трабекул под хрящом. Выстилка из вторичного хряща височной кости также уменьшена. Обработка мутантных эксплантов лигандами для Fgfr3 приводит к снижению пролиферации и подавлению Ptch, рецептора для ihh, а также др. компонентов системы обратной связи ihh, подтверждая, что Fgfr3 и ihh м. выполнять противоположные действия в отношении пролиферации и созревания хондроцитов в MCC. Sprouty гены Spry1 и Spry2 также кодируют ингибиторы внутриклеточной передачи сигналов, которые затрагивают передачу сигналов FGF. У Spry1(-/-)/Spry2 (-/-) мышей, описанных ранее как обнаруживающих регрессию развивающейся нижнечелюстной ямки, хрящ мыщелка имеет нормальную гистологическую структуру, хотя на 50% меньше в длину и на 25% меньше в толщину по сравнению с животными дикого типа (Purcell et al., 2012). животных

Мыши Shox2 (-/-), обнаруживающие задержку развития суставных структур, также обнаруживают снижение образование кости в мыщелке, что проявляется в значительном уменьшении экспрессии osteocalcin, а также в образовании более тонких слоёв и меньшей гипертрофией в хряще мыщелка (Gu et al.,2008). Экспрессия Sox9 и Runx2 снижена в мутантном мыщелке, но общий эффект на структуру и рост хряща мыщелка, по-видимому, существенно меньше, чем в TGF-β модели.

Имеются наводящие на размышления доказательства, что др. гены также могут влиять на морфогенез и рост TMJ. Два исследования продемонстрировали, что передача сигналов с помощью BMPs, подобно таковой для TGF-β , может влиять на морфогенез хряща мыщелка. Делеция BMP типа 1 рецептора Alk2в ткани нервного гребня, как было установлено, дает значительно меньших размеров нижнюю челюсть (Dudas et al., 2004). Более того, обусловленная делеция BMPr1A в хряще ранних постнатальных мышей существенно уменьшает длину нижней челюсти и резко ослабляет выраженность хряща мыщелка, а также пролиферации и иммунореактивности Sox 9 у 4-недельных мышей (Jing et al., in press).

Др. вероятная возможность связана с семейством рецепторов Notch (Notch 1-4) которые были идентифицированы как медиаторы клеточных судеб во многих тканях (Curry et al., 2005; Purow et al., 2005). В хряще, по-видимому, передача сигналов Notch является контекст зависимой, при этом наблюдаются несопоставимые эффекты в развивающихся и полностью дифференцированных хондроцитах (Kohn et al., 2012; Chen et al., 2013). Хотя эти исследования были сконцентрированы на хряще ног, имеются доказательства, что передача сигналов Notch может быть также важна в клетках надхрящницы TMJ. Исследование экспрессии генов в перихондральной (PC) и подлежащей хрящевой (C) порциях MCC выделенных из хряща мыщелков от 2-дневных мышей с использованием набора генов, которые преимущественно экспрессируются в надхрящнице (Hinton et al., 2009). Использование профилирования массива в 84 генов, связанных с путем передачи сигналов Notch, показало, что надкостница MCC обогащена многими генами пути передачи сигналов Notch (Serrano et al., in press). Гены с существенно более высокой экспрессией в PC выборке по сравнению с C выборкой включали Notch 3 и Notch 4 (5х, 3.5х), их лиганды Jagged 1 и 2 (4х, 5х), и др. регуляторы специфичности лигандов Notch и нижестоящей передачи сигналов, такие как MFNG (7х), Deltex (13х) и presenilin enhancer 2 (4х). Др. notch рецептор, Notch1, как было установлено, с помощью иммуногистохимии, локализуется в поверхностных слоях MCC, наиболее отчетливо в слое прехондробластов (Serrano et al., 2011). Более того, экспрессия Notch1 в эксплантах MCC от мышей на ст. E17 усиливалась за счет повышения концентрации экзогенного FGF-2 и подавлялась за счет увеличения концентраций экзогенного TGF-β 2 (Serrano et al., in press).

Передача сигналов Wnt/β-catenin всё ещё является др. потенциальным регулятором морфогенеза и роста TMJ. Передача сигналов β-catenin, как было установлено, является важным детерминантом клеточной судьбы в клетки остеогенных предшественников, а в его отсутствие эти клетки развиваются в хондроциты (Hill et al., 2005). В самом деле, единственное исследование с использованием передачи сигналов β -catenin, чтобы проверить на TMJ, продемонстрировало, что трансгенные мыши со стабилизированным β -catenin характеризуется полным агенезом хряща мыщелка (Wang et al., 2011). Два др. исследования охарактеризовали эффект уровней β-catenin на клетки как и в случае делящихся клеток MCC. Первое исследование было сконцентрировано на краниальных швах, в которых β-catenin является критическим для пролиферации и дифференцировки остеогенных предшественников, так что ингибирование β-catenin приводило к аномалиям швов (Mirando et al., 2010). Подобно прехондробластным клеткам MCC, преостеогенные клетки черепных швов являются продолжением остеогенного слоя надкостницы и могут обнаруживать фенотип вторичного хряща в определенных швах, который обратим в ответ на снижение нагрузки (Hinton, 1988). Goodnough с колл. (2012) показали, что транскрипционный фактор Twist1 непосредственно активируется с помощью β -catenin в клетках остеогенных предшественников и что Twist1 соединяется с Sox9, чтобы супрессировать хондрогенез. Twist был локализован в преостеогенных клетках черепных швов (Rice et al., 2000), а также в слое прехондробластных клеток MCC (Serrano et al., 2011), где он был соединен с др. геном детерминации судьбы клеток, с Notch. Было показано, что прехондробластные (предшественники хондробластов) клетки в MCC, подобно преостеогенным (предшественники остеоцитов) клеткам развивающихся швов (Iseki et al., 1999), экспрессируют Fgfr2 рецепторы (Fuentes et al., 2002; Molteni et al.,1999). Экспрессия Fgfr2 и иммунореактивность bromodeoxyuridine (BrdU) присутствуют в одном и том же слое клеток (пролиферирующие клетки остеогенных предшественников) развивающихся швов, при этом Fgfr1 экспрессируется, когда эти клетки дифференцируются с остеобласты (Iseki et al., 1999). Эти находки параллельны наблюдаемому распределению в MCC Fgfr2, BrdU иммунореактивности в прехондробластах, а Fgfr1 в хондробластах дифференцированного фенотипа (Fuentes et al., 2002). Т.о., в швах и в MCC, Twist обнаруживает перекрывающееся распределение с Fgfr2, объясняя тем самым, что Twist , активируемый с помощью β-catenin? вносит вклад в регуляцию клеточных судеб в обеих тканях. Наше изучение генов, дифференциально экспрессирующихся на высоких уровнях в надхрящнице MCC показало, что два медиатора передачи сигналов Wnt, PPAR -γ (6х) и Frizzled 4 (8х), экспрессируются на высоком уровне в надхрящнице (Serrano et al., in press).

Дополнительное подтверждение, что передача сигналов β-catenin влияет на клетки сходным с прехондробластами MCC образом, возникает из его эффекта на клетки поверхностной зоны (SFZ) в суставном хряще. Эти клетки обнаруживают экспрессию гена и фенотипические профили, отличающиеся от тех, что лежат в основе суставных хондроцитов и обладают свойствами хондральных предшественников с сильной способностью пролиферации со временем (Yasuhara et al., 2011). Активация передачи сигналов β-catenin вызывает сильное увеличение пролиферации и экспрессии lubrican в этих клетках, тогда как устранение передачи сигналов β -catenin вызывает противоположные эффекты. Хотя клетки SFZ всё ещё сохраняют свойства суставных хондроцитов, интересно, что они представляют собой популяцию клеток хондральных предшественников, фенотипически лабильных в ответ на варьирующие уровни передачи сигналов β-catenin. Более того, эти клетки предшественники экспрессируют Notch1 рецептор, который обусловливает их пролиферацию (Dowthwaite et al., 2004).