Engrailed and tectum development
 Development, Growth & Differentiation Volume 57, Issue 2 February 2015 Pages 135–145 | |
|---|---|
|
The optic tectum is a visual center of nonmammalian vertebrates derived from the mesencephalon. In this review, function of Engrailed (En) in tectum development is reviewed. En plays crucial roles at three steps of tectum development. First, Engrailed is expressed in the mesencephalon and the metencephalon and essential for the regionalization of the mesencephalon. En is expressed in a gradient of caudal-to-rostral in the tectum primordial, and regulates the rostrocaudal polarity of the tectum. In the advanced stage of tectum development, En is expressed in a lamina-specific manner and it is suggested that En regulates cell migration in the tectal laminar formation. |
Зрительный тектум является визуальным центром у позвоночных не млекопитающих. Зрительный тектум возникает из крылоподобной пластинки (alar plate) мезэнцефалона. Зрительный тектум состоит из характерных ламинарных структур; напр., поверхностная пластинка получает зрительную информацию от телэнцефалона или от сетчатки, а глубокий слой (laminae) посылает центробежные нисходящие сигналы к двигательным нейронам шейной части спинного мозга, ядрам моста (pontine nucleus) и к ретикулярной формации продолговатого мозга (medulla) (Terashima 2011). Поверхностная пластинка тектума получает аксоны от клеток ретинальных ганглиев retinotopic образом. Ретинальные волокна от височной и носовой стороны сетчатки проецируются к ростральной и каудальной стороне тектума, соотв. Дорсо-вентральная ось сетчатки проецируется на тектум как вентрально-дорсальная ось.
Регионализация мезэнцефалона и становление полярности зрительного тектума являются критическими для аккуратных ретино-тектальных проекций. Engrailed (En) это гомолог Drosophila engrailed (en), который является гомедомен-содержащим репрессором транскрипции (Poole et al. 1985; Han & Manley 1993). Имеются два гомолога En, En1 и En2 у позвоночных (Joyner & Martin 1987). Оба (коллективно наз. En) экспрессируются в мезэнцефалоне и участвуют в регионализации мезэнцефалона, поляризации и формировании слоев зрительного тектума. Regionalization of the mes-metencephalon
Classical study for the fate decision of the brain vesicles В ростральной части нервной трубки позвоночных формируются три первичных пузыря головного мозга; prosencephalon, mesencephalon иrhombencephalon. Затем пузыри подразделяются на 5 вторичных пузырей головного мозга; telencephalon, diencephalon, mesencephalon, metencephalon and myelencephalon (Fig. 1). Гетеротопические трансплантации между эмбрионами кур и перепела углубили наше понимание о спецификации судеб пузырей головного мозга. Когда часть мезэнцефалона трансплантировали в диэнцефалон при мерно на ст. 10 (день эмбриогенеза (E) 1.5, стадия 10 сомитов) (Hamburger & Hamilton 1951), то трансплантат сохранял свою судьбу мезэнцефалона и дифференцировался в зрительный тектум (Alvarado-Mallart & Sotelo 1984; Nakamura 1990). когда кусочек диэнцефалона трансплантироваля в каудальную часть мезэнцефалона вблизи границы между mes-metencephalon (isthmus), то судьба трансплантата изменялась на судьбу мезэнцефалона и происходила дифференцировка в зрительный тектум (Nakamura et al. 1986, 1988, 1991). Эти результаты показали, что мезэнцефалон специфицируется на ранних стадиях, а судьбы диэнцефалона не зафиксирована. Поскольку изменения судьбы диэнцефалона происходят только тогда, когда он трансплантируется вблизи перешейка (isthmus) , обладающего организующей активностью. Это предположение было подтверждено с помощью гетеротопических трансплантаций перешейка в диэнцефалон, в котором возникал эктопический тектум из диэнцефалона хозяина (Martinez et al. 1991; Bally-Cuif et al. 1992; Bally-Cuif & Wassef 1994; Marin & Puelles 1994). Crossley et al. (1996) показали, что Fgf8 может изменять судьбы диэнцефалона на тектум у эмбрионов кур. Сегодня общепринято, что Fgf8 является молекулой организатором у мышей, кур и рыбок данио (Crossley et al. 1996; Lee et al. 1997; Meyers et al. 1998; Reifers et al. 1998; Liu et al. 1999; Martinez et al. 1999; Shamim et al. 1999). Wnt1 также экспрессируется в задней части мезэнцефалона (Bally-Cuif et al. 1992; Mcmahon et al. 1992; Bally-Cuif & Wassef 1994; Hollyday et al. 1995), но было подтверждено, что Wnt1 способствует пролиферации нейроэпителиальных клеток (Matsunaga et al. 2002).  Figure 1. Schematic drawing of the gene expression pattern in chick brain vesicles. The primary brain vesicles, prosencephalon (Pros), Mesencephalon (Mes) and rhombencephalon (Rhomb), are subdivided into the secondary vesicles, telencephalon (Tel), diencephalon (Di), mesencephalon (Mes), metencephalon (Met) and myelencephalon (Myel). Otx2 is expressed in the prosencephalon and the mesencephalon, and Gbx2 is expressed in the metencephalon. The isthmus organizer is established at the boundary between the Otx2 and Gbx2 expression domain, and Fgf8 is expressed there. En1 and Pax2 are expressed in the mesencephalon and metencephalon. Pax6 is expressed in the prosencephalon. By repressive interaction between En1/Pax2 and Pax6, the boundary between the diencephalon and the mesencephalon is formed. Region that expresses Otx2, En1 and Pax2 is specified as the mesencephalon. En2 is expressed in the mesencephalon and the metencephalon in a caudal-to-rostral gradient manner. Wnt1 is expressed at the posterior part and the midline of the mesencephalon. Modified after Nakamura (2001b). Engrailed in vertebrate brain development У эмбрионов кур En1 и En2 экспрессируются в мезэнцефалоне и метэнцефалоне на ранних стадиях. Экспрессия En1 начинается на ст. 3-х сомитов и первоначально распространяется на весь мезэнцефалон (Logan et al. 1996; Shamim et al. 1999). Экспрессия En2 начинается на ст. 6 сомитов. Домен экспрессии En2 менее обширный, чем En1 в мезэнцефалоне (Logan et al. 1996; Shamim et al. 1999). По мере развития, оба демонстрируют паттерн свой экспрессии в виде каудально-рострального градиента в мезэнцефалоне, (Gardner et al. 1988; Patel et al. 1989; Gardner & Barald 1992; Millet & Alvarado-Mallart 1995; Shamim et al. 1999). Паттерн пространственно-временной экспрессии En1 и En2 у эмбрионов кур сравним с таковым мышей (Davidson et al. 1988; Davis & Joyner 1988; Davis et al. 1988, 1991; Mcmahon et al. 1992).
Мутантные En1 и En2 мыши выявляют роли En в развитии мезэнцефалона и метэнцефалона. Гомозиготные по En1 мутантные мыши погибают после рождения и обнаруживают значительные нехватки в colliculi и мозжечке, которые развиваются из мезэнцефалона и метэнцефалона, соотв. (Wurst et al. 1994). С др. стороны, En2 мутантные мыши жизнеспособны и обнаруживают умеренные дефекты. En2 мутантные мыши обнаруживают уменьшение в размере мозжечка и изменения в образовании слоёв (foliation) мозжечка у взрослых (Joyner et al. 1991; Millen et al. 1994). Уменьшение в размере colliculi обнаруживаются только на эмбриональных стадиях (Millen et al. 1994). Эти результаты подтверждают, что En1 и En2 выполняют разные роли в развитии головного мозга и что En1 играет более критическую роль в спецификации мезэнцефалона.
Возникает вопрос, обусловлены ли различия ролей En1 и En2 различиями в их биохимической активности или в пространственно-временной экспрессии. Knock-in мыши, у которых кодирующий регион En1 был замещен на En2 разрешили этот вопрос. Замещение En1 на En2 полностью устраняло дефекты, наблюдаемые у En1 мутантных мышей (Hanks et al. 1995). Поскольку экспрессия En2 в локусе En1 управляется с помощью En1 регуляторных элементов, то было сделано заключение, что биохимические функции En1 и En2 эквивалентны и что различия в фенотипах En1 и En2 мутантов обусловлены различиями в их пространственно-временной экспрессии.
Исследования избыточной функции подтвердили роль En в спецификации мезэнцефалона. Эктопическая экспрессия En1 или En2 вызывает сдвиг в ростральную сторону границы di-mesencephalic и приводит к ростральной экспансии возвышения тектума (Araki & Nakamura 1999). Перед экспансией в ростральном направлении возвышения тектума, связанные с мезэнцефалоном гены, такие как Fgf8, Wnt1, Pax2, Pax5 и ephrinA2, обнаруживали эктопическую индукцию в регионе диэнцефалона (Sugiyama et al. 1998; Araki & Nakamura 1999; Shamim et al. 1999). Напротив, экспрессия Pax6, являющаяся маркером диэнцефалона, репрессируется в регионе диэнцефалона с эктопической экспрессией En (Araki & Nakamura 1999). Изучение эктопической экспрессии (Araki & Nakamura 1999) также подтвердило мнение, что En1 и En2 выполняют эквивалентные биохимические функции (Hanks et al. 1995).
Существуют реципрокные генетические взаимодействия между En и Pax6. En может репрессировать экспрессию Pax6, как упоминалось выше, а Pax6 , в свою очередь, может репрессировать экспрессию En . Эктопическая экспрессия Pax6 вызывает сдвиг в каудальную сторону границы мезэнцефалона за счет репрессии экспрессии En1 (Matsunaga et al. 2000). Кроме того, En1/En2 двойные мутантные мыши обнаруживают подавление генов, связанных с мезэнцефалоном и усиление активности Pax6 (Liu & Joyner 2001). Т.о., предполагается, что граница di-mesencephalic предопределяется с помощью негативной петли обратной связи между En1 и Pax6 (Araki & Nakamura 1999; Matsunaga et al. 2000). Genetic interaction for specification of the mesencephalon Самые ранние гены, участвующие в спецификации mes-metencephalon, это гены Otx2 и Gbx2. Экспрессия Otx2 и Gbx2 начинается на пресомитной стадии (Bally-Cuif et al. 1995a; Millet et al. 1996; Niss & Leutz 1998; Shamim & Mason 1998). Otx2 экспрессируется в проспективном прозэнцефалоне и заем в мезэнцефалоне, а Gbx2 экспрессируется в проспективном метэнцефалоне (Simeone et al. 1992; Bally-Cuif et al. 1995b; Millet et al. 1996; Niss & Leutz 1998; Shamim & Mason 1998; Hidalgo-Sanchez et al. 1999). У Otx2 нокаутных мышей, структуры, происходящие из прозэнцефалического до рострального миелэнцефалического региона, отсутствуют (Acampora et al. 1995; Matsuo et al. 1995; Ang et al. 1996). С др. стороны, целенаправленное разрушение Gbx2 у мышей приводит к делеции каудальной части мезэнцефалона, перешейка и метэнцефалических структур (Wassarman et al. 1997). Эктопическая экспрессия Otx2 в метэнцефалоне вызывает экспансию в каудальном направлении домена экспрессии En1 и En2 вследствие каудального сдвига каудальной границы мезэнцефалона и перешейка у эмбрионов мышей и кур (Broccoli et al. 1999; Katahira et al. 2000). С др. стороны, эктопическая экспрессия Gbx2 вызывает сдвиг в ростральном направлении границы mes-metencephalic (Millet et al. 1999; Katahira et al. 2000). В обоих случаях экспрессия Fgf8 индуцируется на границе экспрессии Otx2 и Gbx2, перекрываясь с экспрессией Gbx2, это означает, что истмический организатор закладывается на границе доменов экспрессии Otx2 и Gbx2.
Pax2 и Pax5 также экспрессируются в мезэнцефалоне и перешейке. Потеря и избыточность функции Pax2 и Pax5 показывают. что обе молекулы имеют сходные эффекты на развитие мезэнцефалона (Funahashi et al. 1999; Okafuji et al. 1999). Паттерны временной экспрессии генов, связанных с мезэнцефалоном, подтверждают иерархию в генетической сети. У эмбрионов кур экспрессия En1 начинается на ст . 3-х сомитов, а экспрессия Pax2 на ст. 4-х сомитов. Кроме того, домены пространственной экспрессии обоих генов покрывают весь мезэнцефалон на ранних стадиях (Logan et al. 1996; Funahashi et al. 1999; Okafuji et al. 1999; Shamim et al. 1999). Эти паттерны пространственно-временной экспрессии подтверждают, что En1 и Pax2 занимают наивысшую иерархическую позицию в генетической сети для становления качественных особенностей мезэнцефалона, а позитивные петли обратной связи устанавливаются для поддержания экспрессии генов, связанных с мезэнцефалоном (Okafuji et al. 1999). Т.о., эктопическая экспрессия одного из генов, связанных с мезэнцефалоном, в диэнцефалоне может активировать петлю обратной связи и трансдифференцировать диэнцефалон в мезэжнцефалон (Nakamura 2001a,b; Nakamura et al. 2005). Эта петля обратной связи и позиция En в генетической иерархии могут объснить обширность отсутствия colliculi и мозжечка у нокаутных по En мышей (Wurst et al. 1994).
Эти результаты изучения генетических взаимодействий подводят к заключению, что регион, где экспрессируются Otx2, En1 и Pax2 специфицируется как мезэнцефалон, а регион истмического организатора устанавливается на границе экспрессии Otx2 и Gbx2, перекрываясь в экспрессией Gbx2 (Fig. 1). Laminar formation, neuronal cell migration, positioning Зрительный тектум и superior colliculus состоят из ламинарных структур. Зрелый зрительный тектум птиц состоит из 7 основных слоёв и 10 субслоёв: stratum opticum (SO), субслоёв a-j в stratum griseum et fibrosum superficiale (SGFS), stratum griseum centrale (SGC), stratum album centrale (SAC), stratum griseum periventriculare (SGP), stratum fibrosum periventriculare (SFP) и эпендимного слоя. Каждая пластинка состоит из разного типа клеток (LaVail & Cowan 1971a; Rodman & Karten 1995; Hilbig et al. 1998; Mey & Thanos 2000). Количество слоёв и толцина ткетума увеличиваются по ходу развития (LaVail & Cowan 1971a; Scicolone et al. 1995; Mey & Thanos 2000). Клетки нейральных предшественников пролиферируют в вентрикулярном слое, затем постмитотические клетки мигрируют в финальные места своего предназначения и вносят вклад в образование ламинарной структуры тектума. Конечное предназначение зависит от времени их возникновения в вентрикулярном слое (Fig. 2).
Figure 2.
Tectal laminar structure of chick embryos. As development proceeds, number of layers increases. E8 tectum and E10 tectum consist of five layers and 11 layers including ventricular layer (VL), respectively. E14 tectum is composed of 13 layers. Layers of E8 and E10 tectum are indicated by roman numerals. SO, stratum opticum; SGFS, stratum griseum et fibrosum superficiale; SGC, stratum griseum centrale; SAC, stratum album centrale; SGP, stratum griseum periventriculare; SFP, stratum fibrosum periventriculare; a-j, sublaminae of SGFS. Были проанализированы также миграция клеток и формирование слоев в коре мозжечка млекопитающих. В кортексе нейроны мигрируют навыворот, т.е., нейроны, возникшие на поздних стадиях, мигрируют после тех, которые родились на более ранних стадиях, и вносят вклад в формирование наружных слоёв (Angevine & Sidman 1961; Rakic 1974; Luskin & Shatz 1985; Jackson et al. 1989). Показано, что характер миграции клеток в зрительном тектуме эмбрионов кур уникален и отличается от такового в коре головного мозга млекопитающих. Ауторадиографические исследования показали, что имеется три волны миграции клеток. Первая волна формирует в основном внутренние слои, вторая волна формирует наружные слои и третья волна вносит вклад в средние слои (LaVail & Cowan 1971b). Клетки, меченные геном lacZ с помощью in ovo электропортации дали согласующиеся результаты (Sugiyama & Nakamura 2003). Как миграция этих клеток регулируется и как каждый слой специфицируется, предстоит выяснить.
Как обсуждалось выше, En2 экспрессируется в мезэнцефалоне на ранних стадиях и выполняет жизненно важную роль в регионализации мезэнцефалона. En2 играет также критическую роль в становлении ростро-каудальной полярности тектума. На более продвинутых стадиях, En2 экспрессируется специфическим для слоя образом; En2 экспрессируется в слоях g-j в SGFS, в особенно обширном пласте (Omi et al. 2014). Для анализа функции En2 в образовании слоёв вызывали эктопическую экспрессию En2 в развивающемся тектуме. Поскольку эктопическая экспрессия En2 на ранних стадиях влияет на судьбу и полярность тектума (Friedman & O'leary 1996; Itasaki & Nakamura 1996; Logan et al. 1996; Shigetani et al. 1997; Araki & Nakamura 1999), осуществляли электропортацию на ст. E5.5, когда устанавливалась полярность тектума. Трансфекция только EGFP приводила к распределению EGFP-позитивных клеток почти во всех слоях , тогда как клетки, неправильно экспрессирующие En2, не обнаруживались в поверхностных слоях, laminae a-f, указывая на то, что En2-misexpressing клетки не могут мигрировать в поверхностные слои.
С помощью tetracycline индуцирующей системы экспрессии (Sato et al. 2007; Watanabe et al. 2007) эктопическая экспрессия En2 может быть индуцирована после того, как трансфицированные клетки достигнут поверхностных слоёв (Omi et al. 2014). Эпителиальные клетки мезэнцефалона были трансфицированы с помощью tetracycline-индуцибельного вектора экспрессии En2 на ст. E1.5, и экспрессия En2 была индуцирована со ст. E8.5, когда трансфицированные клетки достигали места предназначения. En2-misexpressing клетки были обнаружены в поверхностных слоях сразу после индукции эктопической экспрессии En2, но они мигрировали отсюда, чтобы накапливаться в средних слоях, laminae h-j, где En2 экспрессируется эндогенно (Fig. 3). Было показано, что средние слои, laminae h-j, создаются из поздно возникающих нейронов (Sugiyama & Nakamura 2003). Sugiyama & Nakamura (2003) показали, что Grg4, член семейства белков groucho, который является ко-репрессором транскрипции белка En (Chen & Courey 2000; Courey & Jia 2001; Morgan 2006), наделяет позднее судьбой миграторных клеток клетки в вентрикулярном слое тектума (Sugiyama & Nakamura 2003), подтверждая, что En2 может кооперировать с Grg4 для спецификации срединных слоёв тектума.
Figure 3.
En2-misexpressing cells cannot stay in the superficial layers. En2 expression (B, D) or just enhanced green fluorescent protein (EGFP) expression (A, B) was induced by tetracycline (Dox) after the transfected cells have arrived at superficial layers. Seven hours after administration of Dox, which is just after the induction of En2 misexpression because it takes about 6 h to induce expression of the gene of interest by Tet-system, En2-misexpressing cells are found in the superficial layers (B); however, 24 h after induction of En2 misexpression, En2-misexpressing cells are not found in the superficial layers (D). EGFP expressing cells stay in the superficial layers (A, C). Number of En2-misexpressing cells in the superficial layers decreases with time (E). By arrowheads, some EGFP and En2-misexpressing cells are indicated in the superficial layers. From Omi et al. (2014). ?Control; ?En2. Error bars represent s.e.m. *P<0.05, **P<0.001. Как эктопическая экспрессия En2 понуждает нейроны мигрировать из поверхностных слоёв и располагаться в средних слоях, предстоит ещё выяснить. Ы этом феномене En2 д. действовать клеточно автономно, поскольку эктопическая экспрессия En2 влияет на миграцию самих En2-misexpressing клеток, но не клеток, свободных от En2. Клеточно автономная регуляция миграции клеток нейронов описана с др. системах. В ядрах дорсального шва (raphe) опсано, что En участвует в миграции и позиционировании клеток нейронов клеточно автономно (Fox & Deneris 2012). Поскольку молекулы клеточной адгезии участвуют в регуляции миграции клеток нейронов (Suzuki & Takeichi 2008; Valiente & Marin 2010), то в качестве транскрипционного фактора En может регулировать экспрессию молекул клеточной адгезии. Кроме того, несколько типов молекул клеточной адгезии, молекул наведения и внутриклеточного матрикса экспрессируются специфическим для ламин образом (Kenny et al. 1995; Yamagata et al. 1995, 2006; Braisted et al. 1997; Inoue & Sanes 1997; Marin et al. 2001; Yamagata & Sanes 2005; Watanabe et al. 2014). Эти молекулы могут играть важные роли в формировании ламинарной структуры тектума. Rostrocaudal polarity specification of the optic tectum Алярная пластинка мезэнцефалона, дающая зрительный тектум, функционирует как зрительный центр у позвоночных не млекопитающих. Формирование полярности тектума очень важно для точности ретино-тектальных проекций. У эмбрионов кур ростральная часть тектума, которая развивается быстрее, чем каудальная часть (LaVail & Cowan 1971a), получает аксоны от височной части сетчатки, а каудальная часть тектума получает аксоны от носовой стороны сетчатки (Crossland et al. 1974). Далее, экспрессия En обнаруживает каудально-ростральный градиент до того, как признаки цитоархитектоники и паттерн ретино-тектальных проекций станут очевидными (Davidson et al. 1988; Davis & Joyner 1988; Gardner et al. 1988; Patel et al. 1989).
Посредством изучения формирования ретино-тектальной карты, были выявлена отталкивающая передача сигналов между Eph тирозин киназными рецепторами и ephrin лигандами(Cheng & Flanagan 1994; Cheng et al. 1995; Drescher et al. 1995). EphA3, один из рецепторов, экспрессируется в сетчатке в виде височно-назального градиента, а ephrinA2 и ephrinA5, лиганды для EphA3, экспрессируются в тектуме в виде каудально-рострального градиента и предполагается, что аксоны, которые экспрессируют Eph рецептор, отталкиваются с помощью ephrin лигандов, которые экспрессируются в каудальной части тектума (Cheng & Flanagan 1994; Cheng et al. 1995; Drescher et al. 1995). Это предположение подтверждается тем фактом, что ретинальные аксоны избегают участков ephrinA2 in vitro и in vivo (Nakamoto et al. 1996) и что целенаправленные мутации ephrinA2 и ephrinA5 у мышей вызывают эктопическую инвазию и ветвление ретинальных аксонов с височной стороны в каудальной части superior colliculus, идентичные структуре тектум у эмбрионов кур (Feldheim et al. 1998, 2000; Frisen et al. 1998) (Fig. 4A).
 Figure 4. Correlation of En2 gradient expression pattern and retinotectal projection pattern. En2 confers caudal property to the mesencephalon. (A) In normal chick embryos, En2 is expressed in the mesencephalon in a caudal-to-rostral gradient manner (blue). En2 induces ephrinA2/A5 expression in the tectum (blue). EphA3 is expressed in the retina in temporal-to-nasal gradient (green). Nasal and temporal retinal axons project to the caudal and rostral tectum, respectively. Temporal axon expressing EphA3 are repelled by ephrinA2/A5 in the caudal tectum. (B) When the mesencephalon is rotated before 20-somite stage, the rostrocaudal polarity is regulated to that of the host embryo. En2 expression pattern in the tectum and retinotectal projection patterns develop normally. (C) When the alar plate of the mesencephalon is transplanted into the diencephalon, an ectopic tectum is formed in the diencephalon, where En2 expression pattern is inverted, that is, En2 is expressed in a rostral-to-caudal gradient, and retinotectal projection map along rostrocaudal axis is also inverted. (D) En2 misexpression in the mesencephalon induces ephrinA2/A5 expression, and repels temporal retinal fibers but nasal retinal fibers make arborizations. Трансплантационые эксперименты внесли вклад в углубление нашего понимания формирования ростро-каудальной полярности тектума и показали. что En играет важную роль в формировании ростро-каудальной полярности тектума. Ротация тектума вдоль ростро-каудальной оси показало. что эта ось тектума фиксируется приблизительно на ст. 20 сомитов, ростро-каудальная полярность трансплантатов регулируется так, что хозяйская, т.е., ростральная часть трансплантов, которая происходят из каудальной части, развивается быстрее и получает с височной части ретинальные аксоны, а каудальная часть, произошедшая из ростральной части получает ретинальные аксоны с назальной стороны сетчатки (Ichijo et al. 1990; Itasaki et al. 1991; Matsuno et al. 1991; Marin & Puelles 1994). Паттерн экспрессии En2 в трансплантах также регулируется как таковой у хозяина (Martinez & Alvarado-Mallart 1990) (Fig. 4B). С др. стороны, если зачаток тектума трансплантируется после ст. 25 сомитов, то исходная полярность трансплантата сохраняется, т.е. паттерны экспрессии En2, развитие цитоархитектоники, карта ретино-тектальных проекций сохраняются как в оригинале (Itasaki et al. 1991; Itasaki & Nakamura 1992). Ростро-каудальная полярность гибкая до ст. 20 сомитов, тогда как судьба мезэнцефалона детерминируется до ст. 10 сомитов у эмбрионов кур, а алярная пластинка мезэнцефалона детерминируется до ст. 10 сомитов у эмбрионов кур, и алярная пластинка из мезэнцефалона дифференцируется в тектум, если трансплантируется в диэнцефалон (Alvarado-Mallart & Sotelo 1984; Nakamura 1990). Эктопический тектум обнаруживает обратную ростро-каудальную полярность; паттерн экспрессии En2, развитие цитоархитектоники и карт ретино-тектальных проекций были обратными (Itasaki et al. 1991) (Fig. 4C).
Паттерн экспрессии En и паттерн ретино-тектальных проекций всегда соответствуют др. Регион, где En обнаруживает сильную экспрессию, дифференцируется как каудальная часть тектума и получает ретинальные волокна с назальной стороны сетчатки. Предполагается, что En обеспечивает каудальные свойства зачатку тектума. Предположение было доказано с помощью эктопической экспрессии En1 и En2 у эмбрионов кур с использованием системы ретровирусной экспрессии. Эктопическая экспрессия En1 или En2 в зачатке тектума делает более тонкой ростральную часть тектума, цитоархитектура которой была сходной с таковой каудальной части, и индукцией ephrinA2 и A5 (Friedman & O'leary 1996; Itasaki & Nakamura 1996; Logan et al. 1996). ретинальные волокна от височной стороны сетчатки избегают мест, экспрессирующих En, а волокна от назальной стороны проецируются в места, экспрессирующие En (Fig. 4D). Т.о., было строго подтверждено, что En контролирует топографические ретино-тектальные проекции с помощью позитивно регулируемой экспрессии ephrins.
Передача сигналов Eph-ephrin является главной системой становления ретино-тектального топографического картирования; , однако, ростро-каудальное картирование не полностью нарушается у двойных мутантных ephrinA2/A5 нокаутных мышей (Feldheim et al. 2000), указывая на существование до, системы наведения. En2, как было установлено, действует не только как транскрипционный фактор, но и также как секретируемый белок и переносится на др. клетки (Prochiantz & Joliot 2003; Joliot & Prochiantz 2004). Исследования in vitro показали. что внеклеточный белок En2 действует как аттрактант для ретинальных аксонов назальной стороны и как репелент против ретинальных аксонов с височной стороны (Brunet et al. 2005). Воздействие на тектум anti-Engrailed антител снижает отталкивающую активность для аксонов с височной стороны (Wizenmann et al. 2009). En2 белок интернализуется в ростовых конусах ретинальных аксонов и участвует в синтезе локального белок, что важно для наведения аксонов (Brunet et al. 2005). Было предположено, что внеклеточный En2 синергично функционирует с ephrinA5, чтобы усиливать коллапс ростового конуса ретинальных аксонов с височной стороны (Wizenmann et al. 2009; Stettler et al. 2012). Но необходимы дальнейшие исследования, поскольку En экспрессируется в средних слоях тектума и экспрессирующие En клетки не могут оставаться в поверхностных слоях
(Omi et al. 2014). Concluding remarks En has pivotal and multifunctional roles in the brain development. En acts as a key molecule to regionalization and development of the mes-metencephalon. In the tectum primordia, En controls the rostrocaudal polarity of the tectum by regulating the cytoarchitecture. En regulates topographical projection pattern of the retinal axons indirectly and directly; that is, En regulates expression of ephrinA that raises repulsive signaling with EphA receptors, and En acts as a secreted guidance molecule for retinal axons. Further, En is involved in the tectal laminar formation by regulating neuronal cell migration. En is an indispensable molecule and functions widely in mes-metencephalon development.
|