Посещений:
ЩЕЛЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И КОММУНИКАЦИИ



Роль в нервной системе

GAP junctional communication in brain secondary organizers
Camilla Bosone, Abraham Andreu, Diego Echevarria
Development, Growth & Differentiation Volume 58, Issue 5, June 2016, Pages 446-455

Gap junctions (GJs) are integral membrane proteins that enable the direct cytoplasmic exchange of ions and low molecular weight metabolites between adjacent cells. They are formed by the apposition of two connexons belonging to adjacent cells. Each connexon is formed by six proteins, named connexins (Cxs). Current evidence suggests that gap junctions play an important part in ensuring normal embryo development. Mutations in connexin genes have been linked to a variety of human diseases, although the precise role and the cell biological mechanisms of their action remain almost unknown. Among the big family of Cxs, several are expressed in nervous tissue but just a few are expressed in the anterior neural tube of vertebrates. Many efforts have been made to elucidate the molecular bases of Cxs cell biology and how they influence the morphogenetic signal activity produced by brain signaling centers. These centers, orchestrated by transcription factors and morphogenes determine the axial patterning of the mammalian brain during its specification and regionalization. The present review revisits the findings of GJ composed by Cx43 and Cx36 in neural tube patterning and discuss Cx43 putative enrollment in the control of Fgf8 signal activity coming from the well known secondary organizer, the isthmic organizer.


Gap junctional communication structure and function: An overview


Бляшки щелевых соединений (GJ) являются агрегатами противостоящих коннексонов примыкающих др. к др. клеток, создающими гидрофильные поры, пронизывающие плазматическую мембрану и обеспечивающие обмен между цитоплазмой соседних клеток. Каждый коннексон представлен полу-каналом и образуется из 6 мономеров коннексина (Cxs) в виде гексамера. Cxs являются трансмембранными белками с N-terminal domain (NT), обращенным ко внутренней поверхности полости, 4 трансмембранными гидрофобными частями (TM1-4), образующими цитоплазматическую петлю (CL) между TM2 и TM3 и двумя внеклеточными петлями (E1-E2) между TM1-2 и TM3-4, и C-терминальным хвостом (CT), расположенном в цитозоле (Fig. 1a).

Figure 1. Connexins structure and assembly into gap junctions (GJs). The sketch depicted in (a) show all the domains of a single connexin, the GJ monomer, as if it was ideally unraveled on a 2D plane in respect to the plasma membrane of a cell. Connexin protein feature four transmembrane hydrophobic domains (green), two extracellular domains (in purple), and three cytosolic domains: one conserved N-terminal (in blue) and two variable cytoplasmic loops (CL) and tails (CT (in red). In this particular drawing, CT and CL are Cx43's ones, base on the hypothetical 3D model by (Sorgen et al. 2004). CT and CL are mainly random coil regions, hosting post-translational modification consensus sites, so their structure in this picture is arbitral, for length comparison. (b) Same color code as (a) is used to show the relative position of a Cx43 domains assembled into a connexon (in yellow) in the typical hexameric conformation. Note that the extracellular domains dock the interactions with the juxtaposing connexon of the neighbor cell (in cyan), thus sealing the GJ. Note the position of the N-terminal domains (NTs), facing the lumen of the junction (also in c). Gray arrow indicates the view plane of c. (c) orthogonal vision of an homomeric Cx43 GJ. All images were obtained with "Phyre2" homology modeling using "PDB database", and elaborated with UCSF "Chimera" program.
Семейство Cxs насчитывает 21 члена у человека и 20 у мышей (rev. Sohl & Willecke 2004). Регионами максимального отличия последовательностей между разными членами семейства являются цитозольные области, CL и CT, тогда как NT, E1/2 и TMs топологически остаются строго законсервированными. Кристаллические структуры Cxs были установлены с помощью рентгеновской дифракции (Makowski et al. 1977) и электронной кристаллографии (Unwin & Zampighi 1980; Unwin & Ennis 1984), и Cxs цитоплазматические домены оказались вариабельными по длине и последовательностям (rev. Bai 2016).
Щелевые соединения могут состоять из одного и того же типа Cxs (т. наз. гомомерные) или из разных мономеров (гетеромерные), следовательно, возможны комбинации из 20 членов семейства, вызывающие огромную гетерогенность собираемых щелевых соединений. Такие каналы отличаются др. от др. своей характерной проводимостью (Rackauskas et al. 2007), проницаемостью (Qu & Dahl 2002) и регуляцией (Harris 2001). Огромное большинство Cxs имеют удивительно короткий период полу-жизни лишь 1-3 ч, значительно короче, чем у типичных интегральных мембранных белков (10-100 h) (Lauf et al. 2002; Laird 2006), следовательно, они вовлечены в оборот высоко регулируемой передачи сигналов. GJs, как известно, делают возможным перенос между клетками ионов, аминокислот, нуклеотидов, метаболитов и вторичных мессенджеров (напр., Ca++, glucose, cAMP, cGMP, ATP, IP3), тогда как макромолекулы исключены, хотя малые РНК могут проходить (Suzhi et al. 2015). Первые исследования проницаемости GJ's для крупных молекул проведены в 1960s для 70 KDa белков (Serum Albumine), были, по-видимому, обусловлены деградацией и транслокацией репортерной субъединицы (Kanno & Loewenstein 1966). На сегодня границы определяются в 1.5 KDa, или в 1-2 nm в диаметре (для длинных и тонких молекул подобных малым РНК).
Относительно механизма пропускания, существуют множественные модели и ни одна не принята в качестве основной. Некоторые исследователи полагают, что регуляция проведения через GJ нуждается в присутствии Ca++, (Unwin & Ennis 1984; Bennett et al. 2016). Др. считают, что изменения цитоплазматического pH и электрического напряжения являются причиной регуляции проведения через GJ (Spray et al. 1979, 1981). Предполагается, что Cx домены, вызывающие закрытие поры, чрезвычайно разнообразны. Shibayama et al. предположили, что и электрическое напряжение и pH обеспечивают проведение через Cx43 каналы в результате взаимодействия между CT и CL (Shibayama et al. 2006), тогда как др. приписывают эту способность сети водородных связей в агрегатах NTs (Fig. 1b,c) (Purnick et al. 2000). Такое разнообразие может быть связано с трудностью экстракции этих сложных мембранных белков для определения структуры, и с невозможностью детекции закрытых GJ наверняка из-за самой фиксации.

GJ in the nervous system


Впервые идентифицированы GJ в крупных пресинаптических окончаниях тел и дендритов нейронов латерального вестибулярного ядра у взрослых крыс (Sotelo & Palay 1970), многие Cxs, как было установлено, экспрессируются в нервной системе. Напр., Cx32 и Cx29 экспрессируются в не компактом миелине Шванновских клеток. Cx32, как было установлено, формирует reflexive канал связи, соединяющий слои миелина. Мутации в Cx32 вызывают X-сцепленную форму наследственной нейропатии, синдром Charcot-Marie-Tooth (CMTX) (Bergoffen et al. 1993). С др. стороны, функция Cx29 менее ясна, но полагают, что он участвует в пролиферации глиальных клеток, формирующих миелин (Sohl et al. 2001).
В ЦНС Cxs экспрессируются в астроцитах, олигодендроцитах и нейронах. Олигодендроциты экспрессируют Cx32, Cx47 и Cx29, тогда как астроциты экспрессируют Cx43, Cx30 и возможно Cx26 (Nagy et al. 2003).В этих случаях, коммуникации посредством GJ, по-видимому, необходимы для пространственного накопления ионов и нейротрансмиттеров и могут влиять на восстановление тканевых повреждений после ишемии. Мутации в Cx47 вызывают Pelizaeus Merzbacher-like болезнь, тогда как мутации в CX43 вызывают oculo-dento-digital-dysplasia (ODDD) синдром. Лишь Cx36, Cx45 и Cx30.2 были с определенностью идентифицированы в неретинальных нейронах головного мозга, где они формируют электрические синапсы, синхронизирующие осцилляции нервной сети. Следовательно, нарушения связей между нейронами, по-видимому, играет роль в патогенезе эпилепсии (Sohl et al. 2005; Kreuzberg et al. 2008). Cx57 экспрессируется исключительно в горизонтальных клетках сетчатки (Shelley et al. 2006). Профили экспрессии некоторых Cxs, напр., Cx26, Cx30, Cx31.1, Cx32, Cx36 и Cx43 мРНК, показывают, что в процессе развития они регулируются в допаминергических нейронах substantia nigra pars compacta (Vandecasteele et al. 2006). Хоть и последний, но не менее важный, белок Cx30.3 экспрессируется в клетках предшественниках обонятельного эпителия и в вомероназальном органе (Zheng-Fischhofer et al. 2007), и в улитке взрослых крыс (Wang et al. 2010). Cx43 наиболее обилен и широко экспрессируется, а его важная роль подчеркивается тем фактом, что Cx43 нокаутные мыши погибают в перинатальном периоде из-за нарушений морфогенеза сердца и тяжелых закупорок пульмонального тракта оттока (Reaume et al. 1995).

Secondary organizers and Cxs in neural tube patterning


Становление плана тела позвоночных сложный процесс, нуждающийся в точном контроле индукции, формирования паттерна и морфогенеза. Идея, что специфические молекулы (морфогены) могут контролировать эмбриогенез, хорошо-подкрепленная концепция в биологии развития. Многие эмбриональные эксперименты хорошо объясняются в терминах градиентов субстанций или клеточных свойств, которые обеспечивают эмбриональные клетки онтогенетическими сигналами, которые интерпретируются, чтобы сгенерировать соотв. клеточный ответ. Это было формализовано в концепции 'позиционной информации' Wolpert in 1969 (Wolpert 1969; see in Wolpert 2009), a special interview of Wolpert L by Richardson MK). Коллективный клеточный ответ на экзогенные сигналы зависит от межклеточных взаимодействий, скорее всего, усиливая чувствительность к слабым или перекрываемым шумами сигналам (Ellison et al. 2016). Фактически, коммуникации посредством GJ оказываются очень важными во многих биологических процессах, включая контроль пролиферации клеток, дифференцировку и соотв. миграцию, эмбриональное развитие, заживление ран и скоординированные контракции электрически купированных тканей, таких как сердце и гладкие мышцы (Warner 1992).
Предполагается, что GJs играют ключевую роль в становлении подразделений на нейромеры в нервной трубке позвоночных (Puelles & Rubenstein 2003), особенно в межклеточных коммуникациях внутри нейроэпителия (Minkoff et al. 1991; Martinez et al. 1992), подтверждая наличие регион-специфических механизмов передачи сигналов и возможно полное сопротивление между клетками субпопуляций в критические стадии развития. С др. стороны, модуляции GJs, как полагают, беспристрастно переопределяют предсуществующие морфогенетические поля во вновь сформированных границах и вообще вносят вклад в зависимую от позиции спецификацию судеб. Т.о., топографическое распределение щелевых соединений нейронов в нейроэпителии д. иметь отношение к соотв. клональному ограничению (Gulisano et al. 2000).
Первые эксперименты относительно жизненно важной роли GJs' во время раннего эмбрионального развития проведены на моруле Xenopus (Warner et al. 1984), показано, что использование антител к коннексинам нарушает их функцию, приводя к появлению аномальных одноглазых головастиков. Концепция была затем распространена на 8-клеточные эмбрионы мыши (Lee et al. 1987), строго подтверждая законсервированные роли GJs в процессах развитиze позвоночных. На более поздних стадиях, введение краски эмбрионам мыши после имплантации продемонстрировало коммуникации во внутренней клеточной массе и трофобласте (Lo & Gilula 1979).
Во время формирования паттерна нервной пластинки и трубки, когда диффузия морфогенов обеспечивает формирование осевого, GJs действуют как проводники для тока информации, то зависит от способности клеток общаться др. с др. (Rela & Szczupak 2004). Морфогенетические регуляторные процессы в специфических местах развивающегося нейрального зачатка привели к концепции вторичных организаторов, которые регулируют качественные особенности и региональную полярность соседних нейроэпителиальных областей (Ruiz i Altaba 1998; rev. Nakamura et al. 2008; Vieira et al. 2010). Недавно сообщалось, что поляризация нейроэпителия зависит от топографического расположения вторичных организаторов и сигналов, исходящих из них (Crespo-Enriquez et al. 2012). Эти организаторы, вторичные по отношению к тем, что оперируют с целым эмбрионом во время гаструляции, обычно развиваются внутри перед этим широкой регионализованной нейроэктодермы с учетом генетических границ (часто там, где клетки, экспрессирующие отличающиеся транскрипционные факторы, помещаются бок о бок). Их последующая активность совершенствует локальные нейральные качественные особенности вдоль AP или DV осей и регионализирует переднюю часть нервной пластинки и нервной трубки (Meinhardt 1983; Figdor & Stern 1993; Wassef & Joyner 1997; Rubenstein et al. 1998; Joyner et al. 2000) Crespo-Enriquez et al. 2012). Среди них isthmic organizer (IsO) на границе между средним и задним мозгом (Martinez & Alvarado-Mallart 1989; Nakamura 1990; Nakamura et al. 2005; Vieira et al. 2010; for review see Wurst & Bally-Cuif 2001). Он участвует в поддержании молекулярной границы между средним и задним мозгом и обеспечивает структурную полярность прилегающих регионов, чтобы контролировать сложное клеточное разнообразие мезэнцефалона (рострально) и мозжечка (каудально) (Itasaki & Nakamura 1992; Rhinn & Brand 2001; Crespo-Enriquez et al. 2012). Ясно, что такие сигнальные центры контролируют соотв. процессы спецификации, миграции и дифференцировки соседних клеток. В этом смысле GJ коммуникации, по-видимому, координируют события миграции, напр., при развитии нервного гребня. Клетки нервного гребня возникают на ст. раннего развития из дорсальной части нейроэпителия и мигрируют обширно по эмбриону, чтобы достичь мест своего предназначения, где они дифференцируются в разные типы клеток. Роль Cxs в этом процессе демонстрируется присутствием Cx43 в клетках нервного гребня (Fig. 2), и дефектами, ассоциированными с эктопической экспрессией Cx43 в тканях, производных нервного гребня, а также корреляцией между подавлением GJ и дефектами миграции (Lo et al. 1997). Др. примером роли коммуникаций через GJ является формирование паттерна головного мозга при изучении регионализации телэнцефалона (Elias et al. 2007). Это исследование показало, что Cxs экспрессируются во время миграции в ходе всего развития коры головного мозга. Фактически, Cx43 и Cx26 присутствуют в местах контактов между мигрирующими нейронами и окружающей их радиальной глией, показывая, что купирование с помощью соединений при миграции, по-видимому, контролирует клеточный цитоскелет и становление полярности, делая возможным тем самым эффективное продвижение вперед.

Figure 2. Fgf8-related Isthmic organizer players in mouse neurulation stage E8.0-8.5. (a-d) whole mount in situ hybridization for Fgf8 (a), Cx43 (b), Mkp3 (c) and whole mount immunohistochemistry for pERK (d). E represents the typical drawing of the morphogenetic activity of FGF8 protein arising from the isthmic organizer (IsO) in the rhombencephalon (Rh) that diffuses through the extracellular matrix and ventricle (vent), onto the mesencephalon (Mes) and diencephalon (Di) in a gradient manner. The pseudostratified neuroepithelial cells (NE) are inter-connected and inter-communicated by adherens junctions (AJ), tight junctions (TJ) and gap junctions (GJ-Cx43). GJ made of Cx43 (in b) is distributed in a gradient along the NE as the protein FGF8, remembering also the expression pattern profile of Fgf8 downstream negative feedback modulator, Mkp3 (in c) and of Fgf8 intracellular MAP-kinase product, the phosphorylated Extracellular signal-Regulated Kinase 1/2 (pERK; in d).

Cxs and FGFs during brain patterning


Считается, что осуществляется контроль с помощью fibroblast growth factors (FGFs) разнообразных физиологических реакций во время эмбрионального развития и в организме взрослых. Координация этих событий с помощью FGFs может тонко регулироваться, гарантируя правильные дозы в соотв. месте и в соотв. время в ходе эмбриогенеза. Семейство FGFs состоит из большой группы структурно родственных полипептидов (Ornitz & Itoh 2015). У человека существует 22 FGF гена, 15 из которых являются паракринными факторами, три являются гормон-подобными факторами и 4 являются внутриклеточными белками, лишенными способности связывать FGF рецепторы на клеточной поверхности.
Интересная связь между FGFs и Cxs обнаружена Bernhard Reuss и его группой (Reuss et al. 1998). Они выбрали fibroblast growth factor 2 (FGF-2; известен также как bFGF) мощный мультифункциональный фактор роста и имеющий высокую концентрацию в головном мозге. Показано in vitro , что FGF-2 вызывает снижение Cx43-белка, транскрипции мРНК и межклеточных коммуникаций. Эти изменения происходят в кортикальных и клетках полосатого тела, но не в клетках астроглии мезэнцефалона, а эффекты были зависимыми от времени и концентрации. Другие (Nadarajah et al. 1998; Cheng et al. 2004) установили, что тот же самый FGF, при воздействии на клетки кортикальных предшественников in vitro вызывает повышение экспрессии белка щелевых соединений Cx43 и мРНК, кодирующей Cx43, но Cx26 мРНК. Следовательно, GJ каналы предоставляют непосредственную связь для митогенов, высвобождаемых в ответ на bFGF, чтобы эффективно регулировать пролиферацию во время формирования головного мозга.
Член этого семейства, Fgf8, обнаруживает высокую экспрессию в наиболее передней части заднего мозга и в истмическом организаторе (IsO; Crossley & Martin 1995). Fgf8 необходим для поддержания экспрессии генов и транскрипционных факторов, которые играют роль в формировании паттерна нервной трубки. Более того, он важен для жизнеспособности клеток, т.к. инактивация Fgf8 на ст. ранней нервной пластинки вызывает обширную клеточную гибель по всему мезэнцефалону и ростральной части заднего мозга, приводя к полной делеции среднего мозга и мозжечка (Mart?nez et al. 2012).
Fgf8 экспрессия на ст. E8.5 у эмбрионов мышей выявляется в двух самостоятельных доменах развивающейся нервной пластинки, один на ростральном её конце, а др. в более каудальном положении, в регионе между проспективными средним и задним мозгом (Fig. 2a). Со ст. E8.5 до E14.5 каудальный домен экспрессии Fgf8 ограничен четкой, узкой полосой нейроэпителиальных клеток, которая распространяется от дорсальной срединной линии по боковым стенкам нервной трубки в область истмического сужения. Это открытое по вентральной срединной линии кольцо располагается в месте взаимодействия (интерфейсе) Otx2 и Gbx2 позитивных нейроэпителиальных клеток (Millet et al. 1999; Garda et al. 2001; Liu & Joyner 2001). Каудальная граница экспрессии Otx2 expression и ростральная граница Gbx2, следовательно, маркируют молекулярную границу между средним и задним мозгом (Millet et al. 1996; Martinez-Barbera et al. 2001; Hidalgo-Sanchez et al. 2005). FGF8 сигнал может действовать в IsO вместе с др. сигнальными молекулами, такими как Wingless 1, Sonic Hedgehog и члены семейства трансформирующих ростовых факторов (rev. Vieira et al. 2010). С др. стороны, эпителий мезэнцефалона и диэнцефалона также восприимчив к FGF8 (Crossley et al. 1996; Martinez et al. 1999), который возможно регулирует экспрессию генов и полярность нейроэпителия в алярной пластинке этих территорий (Vieira & Martinez 2006; Crespo-Enriquez et al. 2012). Понижающийся градиент концентрации белка FGF8 в алярной пластинке перешейка и ромбомера 1 является фундаментальным для клеточной жизнеспособности и дифференциального развития регионов мозжечка (Wassarman et al. 1997; Chi et al. 2003; Nakamura et al. 2005; Basson et al. 2008).
Cx43 обнаруживает интересный паттерн экспрессии во время процесса нейруляции. Его экспрессия обнаруживается в телэнцефалоне, с сильным сигналом в верхней части нервной трубки и градиентом, распространяющимся в каудальном направлении. В среднем мозге, обнаруживаются низкие уровни сигнала гибридизации, тогда как в заднем мозге, обнаруживается широкая поперечная полоса экспрессии (снова в виде кольца) в истмическом регионе, которая постепенно рассеивается или рострально в мезэнцефалонe или каудально в зачатке мозжечка (Fig. 2b). AДр. удивительное окрашивание наблюдается в презумптивной складке нервного гребня (Ruangvoravat & Lo 1992). Базируясь на этом сходстве профиля экспрессии, можно предполагать, что Fgf8 необходим для устойчивого режима Cx43, чтобы контролировать в пространстве и во времени его планарные индукционные свойства вдоль передне-задней оси (Ruangvoravat & Lo 1992). В этом смысле Levin and Mercola сообщают о первом намеке на широкий диапазон передачи сигналов с помощью GJC в 1998. Путем тестирования гипотезы, что Cx43 важен для нормального отклонения симметрии (laterality) у позвоночных лягушек и кур в первичной полоске, они предположили, что лево-правосторонняя информация передается однонаправленно по эпибласту с помощью GJC затем, чтобы обеспечить паттерн лево-сторонней экспрессии Shh в Гензеновском узелке (Levin & Mercola 1998).
Cx36, главный Cx в нейронах, экспрессируется исключительно в GABAergic промежуточных нейронах в головном мозге взрослых животных. Cx36-позитивный нейроны описаны в сетчатке, dentate gyrus, CA1, CA3 и CA4 регионах гиппокампа, piriform cortex, amygdala, cerebellum, mesencephalon, suprachiasmatic nucleus, thalamus, hypothalamus и различных ядрах ствола головного мозга (Condorelli et al. 1998; Sohl et al. 1998; Degen et al. 2004; Rash et al. 2007; Helbig et al. 2010).
Cx36 был обнаружен в базальных ганглиях, включая ядро accumbens (Condorelli et al. 1998), в допаминергических нейронах substantia nigra (Allison et al. 2006; Vandecasteele et al. 2006), которые проецируются в neostriatum, и в GABAergic промежуточных нейронах тегментальной вентральной области (Allison et al. 2006). Cx36 транскрипты начинают слабо экспрессироваться на ст. E7 в децидуальных annexes (внеэмбриональная ткань). Первое обнаружение эмбриональных структур происходит только на ст. E9.5, когда они располагаются в наиболее ростральном регионе развивающегося головного мозга, переднем мозге (Gulisano et al. 2000). Ничто не указывает, что эта ст. переднего мозга является результатом процесса регионализации на разные подразделения нейромеров, prosomeres (Puelles & Rubenstein 2003). Т.о., во время этой стадии Cx36 GJs д. быть в основном использованы для купирования нейроэпителиальных клеток в начале нейрогенеза, возможно устанавливая функционально связанные компартменты (нейромеры).
Начиная со ст. E12.5, его экспрессия обнаруживается в диэнцефалоне в pretectum (prosomere 1; p1) и маркирует зону limitans intrathalamica (ZLI), др. вторичный организатор, расположенный между будущим таламусом и prethalamus (между p2 и p3; Puelles & Rubenstein 2003, Vieira et al. 2010). Наконец, вентральный вторичный prosencephalon, будущий гипоталамус также оказывается позитивным в отношении сигнала гибридизации Cx36. Т.о., на этой ст. Cx36 GJs д. участвовать в определении свойств самих границ путем непосредственного сцепления (coupling). Фактически, Cx36 GJs могут играть роль в предопределении межклеточной диффузии морфогенетических молекул в одиночном нейромере, в соответствии с др. исследованиями (Martinez et al. 1992) . Возникает вопрос о природе молекул, которые приурочены или способны проходить через эти Cx36 GJ каналы, расположенные на этих границах.

Fgf8 long range signaling and Cx43 in morphogenesis


Предполагаемый механизм, с помощью которого передача сигналов FGF8 распространяется по области клеток мишеней, по крайней мере, у рыбок данио устанавливается и поддерживается с помощью двух важных факторов: во-первых, свободная диффузия одиночных FGF8 молекул прочь от места секреции через внеклеточное пространство и, во-вторых, абсорбтивная функция воспринимающих клеток, регулируемая с помощью рецепторами обеспечиваемого эндоцитоза (Nowak et al. 2011; Muller et al. 2013). Следовательно, Fgf8 воспринимающие клетки, по-видимому, контролируют как расстояние распространения, так и силу сигнала морфогена (Yu et al. 2009). Считается, что эти нейроэпителиальные клетки могут реагировать на экзогенные морфогены в зависимости от межклеточных взаимодействий. Чувствительность к многим молекулам скорее, чем к единичным может обеспечивать соотв. детекцию и реакцию на даже небольшие градиенты ростовых факторов (Fig. 2e) (Ellison et al. 2016).
Передача сигналов FGF обеспечивается посредством рецепторных тирозин-киназ (RTKs). Эти трансмембранные FGF рецепторы (FGFRs) активируют сигнальные каскады, включая phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K) и Ras-ERK пути (MAPK) (Niehrs & Meinhardt 2002). Регуляция Cxs осуществляется во внутриклеточных доменах, CTs и CLs. Эти домены цепочек обладают характерными и часто многими консенсусными последовательностями для пост-трансляционных модификаций, способствующих изменениям в пропускной способности каналов, управления пропусканием и межбелковых взаимодействий. Хотя имеются доказательства фосфорилирования, гидроксилирования, ацетилирования, nitrosylation и palmitoylation, наиболее важным и охарактеризованным из этих модификаций является фосфорилирование. Различные киназы были идентифицированы, как нацеленные на Cxs, среди них Akt, PKC, MAPKs, tyrosine kinases, (Contreras et al. 2003).
В нервной трубке мышей Mkp3 (Fig. 2d), Sef и принадлежащие к семейству Sprouty факторы являются модуляторами обратной связи, индуцируемыми экспрессией Fgf8 в Fgf8-регулируемых вторичных организаторах и могут предопределять пространственное ограничение активности Fgf8 , создавая градиент путем взаимодействия с внутриклеточным механизмом из MAP киназного каскада (Furthauer et al. 2002; Tsang et al. 2002; Echevarria et al. 2005a; Echevarria et al. 2005b; Vieira & Martinez 2005). В частности, Mkp3 избирательно инактивирует ERK1/2 класс MAP киназ путем дефосфорилирования, приводя к каталитической инактивации. Это тем самым предотвращает транслокацию в ядро, приводя к подавлению ERK1/2-зависимой транскрипции (Fig. 2c) (Camps et al. 1998; Muda et al. 1998; Crespo-Enriquez et al. 2012). Таким же образом MAP киназы, как было установлено, фосфорилируют Cx43 по сериновым остаткам в цитоплазматическом CT (Warn-Cramer et al. 1998), а все ERKs, как известно, фосфорилируют Cx43 (Cameron et al. 2003; Leykauf et al. 2003). Блокирование GJs фармакологическими ингибиторами подавляет пролиферативное действие bFgfs. Экспрессия Cx43 усиливает пролиферацию в культуре, не обработанных bFGF, но не усиливает пролиферацию в культурах уже обработанных bFGF. Итак, это указывает на то, что усиление активности Cx43 посредством передачи сигналов MAP киназы необходимо и достаточно для пролиферативного эффекта bFGF (Nadarajah et al. 1998; Cheng et al. 2004). Некоторые исследования обнаружили наличие позиционных предпочтений нейроэпителиальных клеток к FGF8 планарной сигнальной активности. Различия в ориентации и полярности передачи сигналов FGF8, по-видимому, непосредственно зависят от пространственного расположения у мышей Fgf8-родственных вторичных организаторов и от активности негативных модуляторов, Mkp3 (Echevarria et al. 2005a,b a), Sef (Furthauer et al. 2002; Tsang et al. 2002) и Sprouty1/2 (Minowada et al. 1999), for review see (Korsensky & Ron 2016). Т.о., коммуникации посредством прямых межклеточных путей, обеспечиваемых с помощью щелевых соединений, могут действовать бок о бок с клеточными взаимодействиями, достигаемыми за счет высвобождения факторов роста и их последующего связывания с мембранными рецепторами, чтобы координировать эмбриогенез и морфогенез (Levin 2007).

Concluding remarks


Data suggesting that gap junction communication mediates neuronal migration and neuronal differentiation and morphogenetic activity during neural tube patterning. Gap junction-mediated signaling is still largely unknown. One of the major challenges in the field of neuroembryology and connexins will be to identify the molecules exchanged between coupled cells and how they regulate the cell-cell multicellular response to exogenous cues. Current data suggest that hemichannels on cortical radial glial cells mediate ATP release that activates purinergic receptors and initiates Ca2+ waves in the cortical ventricular zone (Weissman et al. 2004). Recent reports suggest that gap junction expression might coordinate the expression of networks of genes, the so-called connexin transcriptome, which might have diverse effects that are largely unexplored (Spray & Iacobas 2007).