Как и в большинстве тканей спецификация клеточных особенностей во время нейрального развития позвоночных базируется на активности транскрипционных сетях. Они контролируются внеклеточными сигналами, которые действуют, чтобы ограничивать и предопределять определенные судьбы клеток [1, 2]. Простейшие модели позвоночных формирования нейрального паттерна подсказывают идею, что нервная трубка состоит из двух ортогональных осей: дорсо-вентральной (DV) и передне-задней (AP). Вдоль этих осей градиенты сигналов, как полагают, задают Картезиан-подобные координаты путем регуляции транскрипционной сети в нейральных предшественниках, чтобы детерминировать характеристики нейральных подтипов [3]. Однако, начинают выявляться новые детали этих механизмов, которые осложняют эту простую картину. Частично это происходит из-за того, что клетки вносят вклад в заднюю часть нервной системы, которая формирует спинной мозг, отделенный от источника развития передних регионов нервной системы [4]. В результате предшественники спинного мозга подвергаются действию разных сигналов и проходят через определенный набор промежуточных состояний транскрипции по сравнению с предшественниками, которые возникают в передней части нервной системы (Figure 1).
Figure 1.
Overview of cell lineage relationships during spinal cord development. During early embryonic development epiblast (Epi) cells choose between an anterior neural ectoderm (NEct), mesendoderm (ME) and neuromesodermal progenitor (NMP) lineages. NMP cells expressing Bra, Sox2, and Nkx1-2 have the potential to become either presomitic mesoderm (PSM), which will express Msgn1 and Tbx6, or preneural tube (PNT) cells that will express Nkx1-2 and Sox2. PNT cells respond to the ventral signal Shh, emanating from the notochord, and dorsal Bmp signals, emanating from the roof plate, to generate floor plate (FP) and neural crest cells (NCCs), respectively. Retinoic acid signaling, emanating from the somites, promotes the transition of preneural tube cells to a neural progenitor (NP) state. Progenitors that form the ventral spinal cord are divided into five distinct progenitor domains (p0–p3, pMN) in response to Shh, whereas the dorsal spinal cord is divided into six interneuron domains (dI1–dI6) in response to Wnt and Bmp signaling.
Embryonic origin of the spinal cord
Процесс нейральной индукции и последующее развитие ЦНС в передний, средний и задний мозг и спинной мозг привлекает большое внимание [5, 6]. Несколько линий доказательств (Box 1) указывают на то, что клетки, которые вносят вклад в спинной мозг возникают в др. месте этих формирующих более передние регионы. Клональный анализ у амниот показал, что большинство клеток спинного мозга обнаруживают очень тесное клональное взаимоотношение с формирующей сомиты параксиальной мезодермой скорее. чем с нейральными предшественниками в головном мозге [7, 8]. Эти исследования показали, что клетки спинного мозга и параксиальной мезодермы позвоночных происходят из популяции neuromesodermal progenitors (NMPs), которые расположены в каудальной латеральной части эпибласта (CLE) и на границе узелок-полоска развивающегося эмбриона (Figure 2A) [4, 7-11]. Эти NMP клетки характеризуются экспрессией мезодерм индуцирующего транскрипционного фактора (TF), Brachyury (T или Bra), вместе с эпибластными и нейральными TFs Sox2, Sox3 [12, 13, 14] и Nkx1-2 [15]. Техника генетического мечения продемонстрировала, что клетки, экспрессирующий Bra вносят вклад в спинной мозг [16, 17]. Более того, популяция NMP, по-видимому, эволюционно значима, поскольку сходные популяции идентифицированы у беспозвоночных [18, 19].
Box 1
Figure 2.
Progressive differentiation of neuromesodermal progenitors during development of the CNS. (A) Schematic of a wild type embryo, looking down onto the surface of the posterior end of the embryo. The posterior gradients of Wnt and Fgf signals (red), emanating from the caudal lateral epiblast (CLE), oppose the activity of retinoic acid (RA, green) which is produced by the developing somites. Neuromesodermal progenitor (NMP) cells (orange dots) located in the CLE transit either through a preneural tube (PNT) stage (blue dots) to spinal cord progenitors (green dots), or through a presomitic mesoderm stage (PSM) to form the somites (red cells). Green and red arrows show the distinct developmental paths of NMP cells. (B) Timely activation of Wnt/Fgf signaling in mouse and human differentiating ES cells results in the generation of NMP cells expressing Brachyury (Bra) and Sox2 protein [29], equivalent to those found in the CLE region of the embryo.
The mechanism(s) of neural induction and regionalization
Дальнейшие исследования подтвердили, что предшественники, формирующие передние и задние регионы нервной системы имеют разные онтогенетические источники и возникают из клеток с разными профилями транскрипции. Тогда как все ли нейральные предшественники в задней части, спинном мозге проходят через NMP состояние и временно экспрессируют Bra, предстоит определить. Несмотря на это возникает вопрос о молекулярных механизмах индукции нейральных предшественников в передней части нервной системы по сравнению со спинным мозгом и влияют ли эти различия на будущее развитие этих клеток у функциональна отличающиеся регионы нервной ткани.
The NMP transcriptional network
Некоторые передачи сигналов включают членов семейств Fgf, Wnt и Notch, которые, как известно, играют роль в индукции мезодермальной и нервной ткани [4, 20-23]. Эти передачи сигналов, по-видимому, также участвуют в индукции NMP [24, 25]. У эмбрионов мышей Fgf8 и Wnt3a важны для спецификации и поддержания качественных особенностей клеток NMP, а значит и для элонгации оси тела [23, 26- 28]. В соответствии с этим клетки с молекулярными и функциональными свойствами NMPs могут происходить in vitro из эмбриональных стволовых клеток мыши и человека после воздействия передачи сигналов Wnt и Fgf (Figure 2B) [29, 30]. Эти клетки могут быть далее дифференцироваться в двигательные нейроны спинного мозга [29, 31] (Box 2). Тем не менее точные молекулярные характеристики NMP клеток и детальное понимание того, как внешние сигналы регулируют сеть транскрипции, остаются неизвестными.
Box 2
In vitro models of development
Стоящие ниже Wnt3a и Fgf8, некоторые транскрипционные факторы участвуют в спецификации качественных особенностей NMP [4]. Wnt3a и Fgf8 индуцируют Bra [32] и Sox2 [33]. Передача сигналов Wnt также необходима для активации Cdx 1, 2, и 4, Nkx1.2,и для индукции задних Hox генов [34-38]. И Bra и Cdx мутантные мыши обнаруживают тяжелые дефекты элонгации оси [36, 39, 40]. Соотв., гены Cdx , как полагают, стимулируют транскрипцию Wnt3a (Figure 3) [41]. У Cdx нулевых эмбрионов Wnt3a подавляется, а экспрессия Bra более не поддерживается [42]. Исследования рыбок данио показали. что Bra способствует передаче сигналов Wnt, тем самым устанавливается петля позитивной обратной связи, важная для элонгации оси [43]. Поразительно, некоторые дефекты элонгации оси у мутантов Cdx устраняются с помощью экспрессии туловищных Hox генов [44]. Более того, индукция Cdx2 устраняет репрессивную хроматиновую метку H3K27me3 из регионов хроматина, кодирующих Hox гены [34], подчеркивая роль генов Cdx в индукции экспрессии задних Hox генов. Итак, эти данные подтверждают, что индукция Cdx генов способствует экспрессии задних Hox генов и Bra и элонгации оси тела.
Figure 3.
Outline of signals and transcriptional networks that regulate cell state transitions during formation of the posterior neural tube. In neuromesodermal progenitors (NMPs), Wnt and Fgf signals emanating from the caudal lateral epiblast (CLE) region induce the expression of the Brachyury (Bra) [32], Sox2 [33], Nkx1-2 [15], and Cdx genes 35 and 36. Cdx [41] and Bra [43] in turn promote Wnt expression, creating positive feedback loops. Activation of Cdx genes results in the induction of posterior Hox genes 34, 35, 36 and 37. In the preneural tube (PNT) region, Fgf signaling is necessary for the induction and maintenance of the transcription factor Nkx1-2 [59]. Bra from the CLE region is also implicated in the maintenance of Nkx1-2 expression [15]. In turn, Nkx1-2 inhibits the induction of neural progenitor transcription factor (TF) genes such as Pax6 and Irx3 [64], resulting in the maintenance of PNT identity. Cells transit from the preneural to neural stage under the influence of RA signaling 62 and 63. RA represses Fgf 46 and 62 and Wnt signaling [66], and induces the expression of Pax6 and Irx3 [62]. The combination of RA, Irx3, and Pax6 inhibits Nkx1.2 expression, either directly or indirectly (as indicated by the broken line) [64].
Хотя регуляторные связи между внешними сигналами и нижестоящими TFs нуждаются в дальнейшем исследовании, петли позитивной обратной связи между Cdx, Bra и Wnt/Fgf сигналами, скорее всего, играют важную роль в поддержании, а также в индукции качественных особенностей NMP (Figure 3). Эти обратные связи д. быть прерваны, чтобы клетки могли выйти из состояния NMP и дифференцироваться или в нервную, или мезодермальную ткань. Ретиноевая кислота (RA) участвует в этом процессе. Усиление передачи сигналов RA и ослабление передачи сигналов Wnt и Fgf обеспечивается, по крайней мере, частично с помощью индукции задних Hox генов, и это сопровождается остановкой элонгации оси тела [12, 45]. На молекулярном уровне эффекторы транскрипции RA соединяются с регуляторным элементом, ассоциированным с геном Fgf8, чтобы ингибировать его экспрессию [46]. Cdx гены способствуют элонгации оси путем поддержания экспрессии энзима, деградирующего RA, Cyp26a1 [44]. Потеря Cyp26a1 у мышей приводит к эктопической передаче сигналов RA в регионе заднего роста, вызывая укорочение вдоль задней части оси [47]. Сомиты, расположенные кпереди от NMPs, экспрессируют энзим синтеза RA Raldh2 [48]. Следовательно, как только клетки мигрируют из CLE, они, скорее всего, подвергаются воздействию повышенных концентраций RA и пониженных уровней передачи сигналов Wnt и Fgf [12]. Укорочения оси Araucana rumpless цыплят, которые лишены последнего позвонка и хвоста, предоставляет дальнейшее подтвеирждение роли RA в этом процессе [49]. В частности, NMPs у эмбрионов Araucana rumpless эктопически экспрессируют гены Irx1 и Irx2, которые обычно ограничены неральными предшественниками кпереди от NMPs. Дерепрессия этих двух генов коррелирует с потерей Cyp26a1 в NMPs и, по-видимому, этого достаточно, чтобы способствовать нейральной дифференцировке [49]. Тем не менее остается неясным, достаточно ли усиления передачи сигналов RA или необходимы дополнительные механизмы, чтобы завершить NMP-поддерживающие петли обратной связи. Очевидно NMPs продолжают дифференцироваться у эмбрионов мыши, лишенных Raldh2, и такие эмбрионы продолжают заканчивать удлинение оси тела в отсутствие RA [50].
Regulation of cell fate choice between neural or mesoderm
Клональный анализ [7, 8] показал, что, по крайней мере, некоторые NMPs вносят вклад в предшественники нейрального и мезодермального клона. Как потомки NMPs делают выбор между этими двумя исходами, остается неясным. Клетки, становящиеся параксиальной мезодермой, активируют T box транскрипционный фактор Tbx6 [51]. У эмбрионов, лишенных Tbx6, формируется эктопическая нервная ткань на месте сомитов [52, 53]. Частично это обусловлено эктопической экспрессией SoxB1 гена Sox2 [54]. Делеция соотв. нейрального энхансера Sox2 супрессирует развитие эктопической нейральной такни у Tbx6 мутантов, хотя мезодермальные характеристики восстанавливаются не полностью [54]. Напротив, усиленная экспрессия Sox2 в каудальной параксиальной мезодерме, по-видимому, достаточна, чтобы превратить презумптивную мезодерму в нервную ткань. Mesogenin 1 (Msgn1) также способствует приобретению характеристик параксиальной мезодермы и индуцирует Tbx6 [55]. Более того, экспрессия Msgn1 у мышиных эмбрионов Wnt3a-/- частично восстанавливает дифференцировку PSM [55]. Это ставит Msgn1 иерархически ниже передачи сигналов Wnt3a и выше или параллельно с Tbx6 в регуляторной сети [53]. Вместе с данными по изучению взаимодействия [53, 56], эти результаты подтверждают модель, согласно которой взаимная репрессия между транскрипционными программами параксиальной мезодермы и нервной тканью генерирует рычажный переключатель, который приводит в дифференцирующихся NMPs к адаптации нейральных или мезодермальных характеристик.
Молекулярные детали переключения между нейральными и мезодермальными клетками и то, как это контролирует, чтобы гарантировать соотв. пропорции каждого типа клеток, остаются неизвестными. Доказательства от дифференцировки in vitro из ES cells баланс и продолжительность передачи сигналов Fgf и Wnt влияют на выбор NMP клетками между нейральной и мезодермальной судьбами [29]. In vitro, более продолжительное воздействие на NMPs передачи сигналов Fgf и Wnt подавляет Sox2 и приводит к экспрессии Tbx6, тогда как более короткое воздействие способствует поддержанию экспрессии Sox2 и приобретению нейральных характеристик [29]. Значение этого для in vivo ещё предстоит установить. Более того, привлечение дополнительных сигналов необходимо исследовать. Передача сигналов Notch оказалась связанной с распределением осевых предшественников или в вентральной пластинке нервной трубки или хорде, аксиальных нейральных и мезодермальных клонах, соотв. [57]. Действительно ли Notch играет сходную роль в NMPs пока неизвестно. Более того, хотя данные по отслеживанию клонов подтверждают, что один NMP может давать как нейральные, так и мезодермальные клетки, но неясно все ли NMPs обладают одинаковой склонностью к образованию нейральных и мезодермальных производных. Анализ транскриптомов одиночных NMP клеток [30] одновременно с изучением степени, с которой индивидуальные решения осуществляются под действием внешних сигналов или они предетерминированы до дифференцировки, может предоставить важную информацию. Понимание того, как NMP клетки осуществляют выбор между нейральными и мезодермальными клетками, может предоставить информацию об онтогенетических процессах, ответственных за продукцию большинства ткани туловища позвоночных и затем, в свою очередь, может помочь улучшить методы дифференцировки in vitroстволовых клеток.
Figure 4.
Developmental landscape of progenitor cells en route to the spinal cord. Along the rostral–caudal axis of an embryo, opposing gradients of RA and Fgf/Wnt signals are important for axis elongation and correct patterning. Fgf and Wnt signaling, emanating from caudal regions of the elongating embryo, induce and maintain a population of neuromesodermal progenitors (NMPs). As cells leave this region they choose between two alternative routes: the presomitic mesoderm (PSM), which forms the somites, and the preneural tube (PNT), which will form the spinal cord. PNT cells are competent to respond to dorsal (Bmp) and ventral (Shh) signals by generating neural crest cells (NCCs) and floor plate (FP), respectively. As axis elongation continues PNT cells are exposed to increasing levels of RA (produced by the somites). This results in a switch in competency, and these cells now adopt a neural progenitor identity and respond to graded BMP and Shh signaling by inducing the generation of progenitors for dorsal (dI1–dI6) and ventral neurons (p0–p3, pMN), respectively.
Neural cells transit through a pre-neural state before acquiring spinal cord progenitor identity
Клетки, существующие в регионе NMP, которые предназначены внести вклад в спинной мозг, остаются в слое эпибласта эмбриона и проникают в область каудальной части нервной пластинки, которая дублирует preneural tube (PNT) или переходную зону [58]. Этот регион расположен между хвостом эмбриона (обладающим NMPs) и нейральными предшественниками спинного мозга (Figure 2A). Клетки внутри PNT являются молекулярно и морфологически отличными как от NMPs, так и нейральных предшественников спинного мозга. Они образуют хорошо упорядоченный, псевдостратифицированный эпителий, который начинает подвергаться морфогенетическим перемещениям, связанными с закрытием нервной трубки. Клетки, которые были перемещены в PNT, более не экспрессируют Bra, но подобно NMPs и в отличие от нейральных предшественников в спинном мозге, они экспрессируют Nkx1-2 (Sax1) [15,59, 60]. Передача сигналов Fgf остается активной в PNT [61] и поддерживает состояние PNT, способствуя пролиферации и блокируя экспрессию нескольких TFs, характерных для нейральных предшественников, включая Pax6 и Irx3 [62]. Передача сигналов Fgf также влияет на AP качественные особенности нейральных предшественников. Клетки, подвергшиеся воздействию с большей продолжительностью передачи сигналов Fgf в PNT прогрессивно приобретают более задние судьбы, как показывает временная индукция ими 5' Hoxгенов [63]. Эти клетки вносят вклад в более задние регионы спинного мозга, когда они выходят из PNT.
Передача сигналов Fgf в PNT необходима для экспрессии Nkx1-2 [59]. Эктопическая экспрессия Nkx1-2 достаточна, чтобы ингибировать Pax6 и Irx3, даже когда передача сигналов Fgf подавлена [64]. Это указывает на то, что Nkx1-2 может быть транскрипционным медиатором некоторых Fgf функций в PNT. Однако, отсутствие явного фенотипического отклонения у эмбрионов мыши, лишенных Nkx1.2 [65] оставляет возможность, что др. факторы могут действовать ниже передачи сигналов Fgf, параллельно с Nkx1.2, чтобы поддерживать состояние PNT (Figure 3).
По мере выхода клеток из PNTи вступления в спинной мозг, они подвергаются действию повышенных концентраций RA, секретируемой соседними сомитами и это обусловливает переход от пренейрального к состоянию нейральных предшественников. RA репрессирует передачу сигналов Fgf и Wnt [62, 66], Nkx1-2 подавляется [60, 64], и гены TF, ассоциированных с характеристиками нейральных предшественников, включая Pax6 и Irx3, активируются [62]. Хроматин в регионе, соответствующем Pax6 и Irx3, подвергается уменьшению компактности и меняет свое положение в направлении центра ядра по мере индукции генов [67]. Это преобразование, по-видимому, зависит от прекращения передачи сигналов Fgf, хотя передача сигналов RA остается достаточной для транскрипционной активации Pax6 и Irx3. Передача сигналов Fgf способствует и поддерживает экспрессию histone deacetylase 1 (HDAC1) в PNT клетках, подтверждая связь механизмов, которые регулируют организацию хроматина [68]. Более того, анализ глобального транскриптома [68] выявил обширные изменения транскрипционной программы во время перехода из NMP к нейральным предшественникам спинного мозга и они включают изменения в клеточном цикле, процессинга РНК и аппарате деградации белков. Т.о., существенные изменения в структуре хроматина и транскриптома происходят во время дифференцировки NMPs в PNT и нейральные предшественники. Сопровождает ли сходная реорганизация мезодермальную дифференцировку из NMPs, предстоит установить.
Итак, данные подтверждают, что клетка на пути от эпибласта к спинному мозгу проходит, по крайней мере, три разных транскрипционных состояния - NMP, пренейральных и, наконец, нейральных предшественников (Figure 1, Figure 3). Сходным образом, клетки, предназначенные стать сомитной мезодермой подвергаются переходу от NMP к пресомитной мезодерме в ответ на изменения в RA и Fgf перед принятием сомитных характеристик [69]. Одинаковы ли время и позиция вдоль ростро-каудальной оси этих переходов, предстоит определить. Несмотря на это, онтогенетическая траектория, которой придерживаются предшественники спинного мозга, отличается от таковой, которая имеет место у клеток, располагающихся в передней части нервной системы, которые зарождаются раньше и, по-видимому, приобретают качественные особенности нейральных предшественников непосредственно из состояния эпибласта [5, 6]. Почему существуют такие различия в клетках в состоянии перехода между передними и заждними нейральными предшественниками, неясно. Однако, это могут объяснить некоторые различия во времени развития спецификации передней и туловищной нервной ткани, и это может также влиять на более поздний потенциал развития нейральных предшественников к дифференцировке в специфические клеточные судьбы.
Changes in cell state alter the response of cells to DV signals
Как только клетки приобретают качественные особенности нейральных предшественников, важность сигналов, исходящих от дорсального и вентрального полюсов нервной трубки, становится необходимой для формирования их паттерна [2, 70]. На всём протяжении нервной системы вдоль AP, две передачи сигналов являются ключевыми, передача сигналов Bmp в дорсальной части нервной трубки и Sonic Hedgehog (Shh), первоначально исходящие от хорды и мезодермальной ткани, лежащих на вентральном полюсе нервной трубки. Эти два сигнала устанавливают анти-параллельные градиенты, которые контролируют экспрессию ряда гомеодоменовых и basic helix-loop-helix TFs. Комбинаторная экспрессия этих TFs подразделяет спинной мозг на примерно 14 дискретных DV доменов предшественников, каждый из которых генерирует отличающиеся молекулярно типы клеток [71, 72]. Передача сигналов Shh в вентральной части спинного мозга специфицирует предшественники моторных нейронов (MNs) и промежуточных нейронов (V0-V3), а также клетки не нейральной вентральной пластинки нервной трубки (FP). Напротив, клетки нервного гребня (NCCs) и предшественники dI1-dI6 промежуточных нейронов генерируются в дорсальной части нервной трубки под действием передачи сигналов Bmp [73] (Figure 4).
Много внимания было уделено роли градированной передачи сигналов морфогена в становлении DV паттерна доменов нейральных предшественников. В случае передачи сигналов Shh, семейство Gli транскрипционных эффекторов играет жизненно важную роль [74-76]. Передача сигналов Shh устанавливает динамический градиент активности Gli вдоль DV оси [77-79] и в ответ на этот градиент индуцируется экспрессия специфических вентральных TFs, а дорсальные TFs репрессируются. Многие из TFs, экспрессирующиеся в нейральных предшественниках, действуют как зависимые от Groucho/TLE репрессоры [80], а пары, экспрессирующиеся в соседних доменах, по-видимому, действуют как бистабильные переключатели путем перекрестной репрессии один другого [71, 81]. Комбинация этих перекрестно-репрессивных взаимодействий и импульсы от градиента активности Gli продуцируют сеть регуляторных генов. Эта сеть устанавливает и поддерживает пространственные паттерны экспрессии генов нейральных предшественников, детерминируя тем самым позицию границ доменов предшественников [77, 78, 82, 83]. Детальный анализ динамики subcircuits этой сети [77, 84] и молекулярное выяснение регуляторных элементов, управляющих экспрессией ключевых TFs [78, 82, 83] мог бы предоставить дальнейшую информацию об операциях этой сети. Эти исследования показали, что сеть играет жизненно важную роль в становлении DV паттерна нервной трубки. Сеть также поддерживает этот паттерн путем буферизации флюктуаций в градиенте Shh [77, 84, 85]. Биоинформационный анализ регуляторных элементов нейральных генов подтвердил, что сеть может расширяться, чтобы включать импульсы от передачи сигналов Bmp и RA [82]. Итак, эти исследования подтвердили механизм, с помощью которого множественные импульсы из внешних сигналов интерпретируются с помощью транскрипционной сети, чтобы установить молекулярно отличающиеся домены предшественников, расположенные вдоль DV оси. Т.о., формирование паттерна в нервной трубке зависит от нижестоящей транскрипционной сети, которую он контролирует.
Время передачи сигналов Shh и Bmp также вносит вклад в формирование паттерна и разнообразие типов клеток в нервной трубке [64, 86, 87]. Спецификация как FP, так и NCCs, которые генерируются в наиболее вентральной и дорсальной частях нервной трубки, соотв., нуждаются в воздействии паттерн формирующих сигналов в более раннее время развития, чем индуцируются характеристики др. нейральных предшественников [86, 88]. Соотв., клетки, подвергшиеся действию Bmp4/7 в ранней временной точке, генерируют NCCs, тогда как более позднее воздействие того же самого сигнала продуцирует дорсальные промежуточные нейроны. Сходным образом, воздействие Shh в ранней точке онтогенеза индуцирует FP, но в более позднее время развития подвергшиеся действию Shh клетки дифференцируются в p3 предшественники V3 нейронов [64, 86, 89].
Переключение в ответ на индуктивные сигналы согласуется с переходом клеток из PNT в спинной мозг. В соответствии с этим, если искусственно поддерживаются передача сигналов Fgf или экспрессия Nkx1.2, то клетки сохраняют способность дифференцироваться в FP и NCCs соотв. в ответ на действие Shh и Bmp [64]. Напротив преждевременное ингибирование передачи сигналов Fgf или экспрессии Nkx1.2 приводит к потере потенциала FP и NCC и к приобретению качественных особенностей нейральных предшественников. Т.о., этот механизм использует различия между состоянием транскрипции клеток PNT и различия в предшественниках в спинном мозге усиливают различия генерируемых типов клеток в ответ на те же самые внешние сигналы, Shh и Bmp. Это создает способ, гарантирующий корректную пространственно-временную генерацию этих ипов клеток; передачи сигналов Shh и Bmp ограничены вентральным и дорсальными полюсами на стадии PNT [68, 90], ограничивая тем самым связь FP и NCC с этими регионами. Более того, после индукции FP клетки экспрессируют Shh, и этого достаточно, чтобы индуцировать качественные особенности FP [91]. Т.о., переход от PNT клеток к состоянию нейральных предшественников, которые не реагируют на передачу сигналов Shh, благодаря инициации дифференцировки FP, ограничивает спецификацию FP вентральной срединной линией нервной трубки.
Остается неясным, как передача сигналов Fgf и/или экспрессия Nkx1-2 наделяют клетки компетентностью отвечать на Shh и Bmp при индукции FP и NCCs, соотв. Репрессия генов нейральных предшественников, таких как Pax6 [85] и индукция TFs, включая FoxA2 и Nato3 [64, 86, 92], по-видимому, важны. Тем не менее детали, лежащие в основе транскрипционной сети, ещё предстоит расшифровать.
Perspective
Although many questions remain (Box 3), recent studies provide new insight into the molecular and cellular mechanisms that generate the spinal cord and the neuronal subtypes within it. These studies begin to link the dynamics of embryo morphogenesis with the transcriptional networks that define cell identity. Epiblast cells destined to contribute to the spinal cord appear to pass through a series of discrete transcriptional states before entering the spinal cord and adopting a neural progenitor identity (Figure 1). The transitions between these states are driven, at least in part, by changes in extrinsic signals that are, in turn, the consequence of the changing position of a cell in the embryo. Thus, the process of axis elongation, which draws cells into the midline and then displaces them rostrally as the tail extends caudally (Figure 2A), directs the transitions in cell state that presage spinal cord formation.
