Посещений:
ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ Fgf



Генетические механизмы

Genetic insights into the mechanisms of Fgf signaling
J. Richard Brewer,Pierre Mazot and Philippe Soriano
Genes & Dev.

Семейство fibroblast growth factor (Fgf) лигандов и рецепторных тирозин киназ необходимо во время всего эмбрионального и постнатального развития и регулирует также многие гомеостатические функции у взрослых. Нарушения передачи сигналов Fgf вызывают многие врожденные нарушения и лежат в основе многих форм раковых опухолей. Имеющиеся исследования подтверждают важную роль Erk1/2 в качестве медиаторов передачи сигналов Fgf во многих биологических процессах, но имеются и строги доказательства дополнительных сигнальных путей в передаче сигналов Fgf in vivo .

Ligand binding specificity


Связывание лиганда представляет первую ступень в инициации сигнального каскада Fgfr. Fgfrs содержат три внеклеточных immunoglobulin-like domains (IgI-IgIII) с кислым боксом из 8 остатков в линкерном регионе между IgI и IgII (Lee et al. 1989). IgI и acid box выполняют ингибирующую роль в формировании комплекса лиганд-рецептор (Kalinina et al. 2012), тогда как IgII и IgIII объединяются в связывании лиганда. В Fgfr1-3, специфичность связывания лиганда в основном предопределяется альтернативным сплайсингом C терминального IgIII домена, который кодируется или экзоном 8, или 9, чтобы сгенерировать изоформы Fgfrb или Fgfrc (Fig. 1A; Johnson et al. 1991; Chellaiah et al. 1994;Ornitz et al. 1996; Zhang et al. 2006). Эти b и c изоформы в общем-то ограничены эпителиальными и мезенхимными тканями, соотв. Т.о., альтернативный сплайсинг рецепторов позволяет лигандам активировать рецепторы в соседних мезенхимных и эпителиальных тканях без активации аутокринной передачи сигналов (Fig. 1B,C; Miki et al. 1992; MacArthur et al. 1995; Min et al. 1998; Xu et al. 1998b). Однако, имеется несколько исключений из этого общего правила передачи паракринных сигналов, т.к. некоторые биологические процессы зависят от взаимодействий лиганд-рецептор внутри одной и той же ткани. Напр., мезенхимный Fgf9 влияет на развитие эпителия и мезенхимы во время развития легких (del Moral et al. 2006; White et al. 2006). Кроме того, Fgf20 необходим в виде аутокринного действия во время развития почек и органа Корти (Barak et al. 2012; Huh et al. 2012). Наконец, недавнее исследование продемонстрировало, что Fgf10, экспрессируемый в легочной мезенхиме, задействует Fgfr1b и Fgfr2b в той же самой ткани во время формирования липофибробластов (Al Alam et al. 2015).



Fgfr alternative splicing facilitates interactions between epithelial and mesenchymal tissues. (A) Alternative splicing of exons 8 and 9 generates b and c isoforms of Fgfr1-3, while exon 10 encodes an invariant transmembrane domain. (B,C) Fgf ligands expressed in epithelium engage Fgfrc isoforms in the adjacent mesenchyme (B), while ligands expressed in the mesenchyme activate Fgfrb isoforms in the epithelium (C). Paracrine signaling also depends on the heparan sulfate proteoglycan (HSPG) coreceptor. (D) Endocrine Fgf ligands use Klotho coreceptors rather than HSPGs. (Ex) exon; (TK) tyrosine kinase. The exon, Fgfr isoform, and cell type specificity are color coded, with blue and green representing epithelium and mesenchyme, respectively.

Надлежайший сплайсинг изоформы Fgfrb достигается с помощью комплекса для сплайсинга, который включает специфичные для эпителия Esrp1 и Esrp2 РНК-связывающие белки (Warzecha et al. 2009). Соответственно, комбинированное генетическое устранение Esrp1 и Esrp2 приводит к аберрантному сплайсингу Fgfr1-3b in vivo и вызывает дефекты многих эпителиальных контекстов, необходимых для передачи сигналов Fgf (Bebee et al. 2015). Генетическое разрушение b и c изоформ в отдельности показало, что Fgfr1 и Fgfr3 преимущественно функционируют в мезенхиме, тогда как Fgfr2 наиболее важен в эпителиальном контексте (Partanen et al. 1998; De Moerlooze et al. 2000; Hajihosseini et al. 2001;Eswarakumar et al. 2002; Zhang et al. 2004; Eswarakumar and Schlessinger 2007). Однако, каждый рецептор обладает также функциями в реципрокном типе клеток.
Heparan sulfate proteoglycans (HSPGs) также регулируют многие свойства Fgf лигандов и рецепторов (Ornitz 2000). Эти макромолекулы клеточной поверхности и внеклеточного матрикса состоят из белковой сердцевины, к которой добавлены heparan sulfate (HS) glycosaminoglycan (GAG) дисахаридные полимеры (Nelson and Cox 2005). HS молекулы могут быть по-разному O- или N-султфатированы ткане-специфическим образом и эти паттерны сульфатирования облегчают определенные лиганд-рецептор ассоциации (Guimond et al. 1993; Pye et al. 1998; Allen and Rapraeger 2003; Qu et al. 2011). Сродство к HSPG влияет на дисперсию лиганда вплоть до придания формы градиентам морфогенов (Harada et al. 2009; Makarenkova et al. 2009; Qu et al. 2012). Эти цепочки HS могут быть также расщеплены, чтобы помочь распространению лиганда между клетками или высвобождать лиганд, секвестрированный во внеклеточном матриксе (Patel et al. 2007; Shimokawa et al. 2011).
Подсемейство FGF19 лишено способности связывать HSPGs, это позволяет им избегать клеточной поверхности, богатой HS, и функционировать как эндокринные гормоны (Fig. 1D; Itoh et al. 2015). Эндокринное подсемейство Fgf лигандов регулирует множественные процессы у взрослых, включая гомеостаз фосфатов, метаболизм адипоцитов и синтез желчных кислот (Shimada et al. 2004; Inagaki et al. 2005; Kharitonenkov et al. 2005; Schoenberg et al. 2011). Два гомологичных белка, Klotho и βklotho, служат в качестве корецепторов в месте, где HSPGs облегчабт лиганд-рецептор взаимодействия (Kurosu et al. 2006; Urakawa et al. 2006; Ogawa et al. 2007). Недавнее исследование подтвердило, что модуляция гомеостатичных функций передачи сигналов Fgf может иметь терапевтическое значение при многих патологиях (Degirolamo et al. 2016).
Сродство связывания лиганд-рецептор, следовательно, предопределяется многими свойствами, включая альтернативный сплайсинг рецепторов, присутствие специфических модификаций HSPG, и экспрессию ко-рецепторов Klotho. Некоторые фундаментальны исследования установили каждую специфичность лиганд-рецептор in vitro, используя митогенный подход или непосредственно измеряя комплекс сродства (MacArthur et al. 1995; Ornitz et al. 1996; Kurosu et al. 2006; Olsen et al. 2006; Zhang et al. 2006; Ogawa et al. 2007). См. обзор (Ornitz and Itoh 2015).

Fgfrs function individually and in combination


Все Fgf лиганды и рецепторы были подвергнуты генетическому нокауту у мышей, в результате возникали фенотипические отклонения практически на каждой ст. жизни от пред-имплантационного бластоциста до взрослого организма. Фенотипы, вызываемые генетическими нарушениями лигандов Fgf подробно рассмотрены в обзоре (Ornitz and Itoh 2015). Fgfr нокаутные фенотипы продемонстрировали. что эти рецепторы выполняют важные и перекрывающиеся роли в ходе развития. Fgfr1-/- мутантные мыши неспособны подвергаться эпителиально-мезенхимному переходу, необходимому для формирования мезодермы (Deng et al. 1994; Yamaguchi et al. 1994; Ciruna et al. 1997; Ciruna and Rossant 2001; Hoch and Soriano 2006). Однако, этот фенотип зависит от генетического фона, поскольку Fgfr1, как было установлено, регулирует формирование примитивной энтодермы на генетическом фоне 129S4, тогда как тот же самый нулевой аллель взывает дефекты мезодермы на смешанном генетическом фоне (Hoch and Soriano 2006;Brewer et al. 2015). Др. исследования также продемонстрировали, что дефекты уха, вызываемые ENU-индуцированными мутациями в Fgfr1 также модифицировались в зависимости от генетического фона (Pau et al. 2005; Calvert et al. 2011). Для Fgfr2, разные целенаправленные стратегии давали разные фенотипы. Делеция экзонов 9-12 (Fgfr2Δ9-12 аллель) или экзона 5 (Fgfr2Δ5 аллель) вызывали пред-имплантационную гибель, скорее всего, из-за дефектов во вне-эмбриональных клонах (Arman et al. 1998; Blak et al. 2007). Fgfr2 мутанты, лишенные экзонов 7-9 (Fgfr2Δ7-9 аллель) или экзонов 8-10 (Fgfr2Δ8-10 аллель), погибали на день эмбриогенеза 10 (E10) и обнаруживали дефекты в индукции конечностей, слиянии хорион-аллантоиса и компоненте плаценты, лабиринте (Xu et al. 1998b; Yu et al. 2003). Фенотип Fgfr2Δ7-9/Δ7-9 сохранялся на разных генетических фонах, указывая на то, что модификаторы второго сайта не лежат в основе фенотипического отклонения (Xu et al. 1998b). Необходимы дальнейшие исследования, чтобы решить вопрос о Fgfr2-нулевом мутантном фенотипе. Генетическая потеря Fgfr3 вызывает избыточный рост длинных костей и глухоту (Colvin et al. 1996; Deng et al. 1996). Разные онтогенетические потребности в Fgfr1-3, скорее всего, отражают различия в экспрессии Fgfr, сродстве связывания лиганда и сигнальных потенциалах (Orr-Urtreger et al. 1991; Ornitz and Leder 1992; Vainikka et al. 1994; Shaoul et al. 1995; Ornitz et al. 1996; Yaylaoglu et al. 2005). Fgfr4-/- мутантные мыши жизнеспособны и развиваются нормально. Однако, анализ Fgfr3-/-; Fgfr4-/- двойных мутантов показал, что эти рецепторы кооперируются во время развития альвеол в лёгких (Weinstein et al. 1998).
Некоторые дополнительные контексты, как было установлено, нуждаются в передаче сигналов посредством множественных Fgfrs. Здесь Fgfrs в основном, как полагают, функционируют как гомодимеры in vivo. Однако, два исследования предоставили биохимические доказательства, подтверждающие, что Fgfrs способны формировать гетеродимеры. Во-первых, Fgfr2 способен фосфорилировать внутриклеточные тирозины Fgfr1 (Bellot et al. 1991). Во-вторых, Fgfr1 доминантно негативный аллель (Fgfr1DN), лишенный цитоплазматического хвоста, способен супрессировать активацию Fgfr1-3 (Ueno et al. 1992). Отсутствие цитоплазматического хвоста предупреждает транс-фосфорилирование после связывания лиганда и поэтому приводит к непродуктивной димеризации. Способность белка Fgfr1DN супрессировать активацию Fgfr2 и Fgfr3 поэтому подтверждает, что Fgfr1 способен формировать гетеродимеры с др. Fgfrs (Ueno et al. 1992). Однако, Fgfr1DN конструкция может ингибировать активацию и дикого типа Fgfrs путем секвестрации лиганда без образования гетеродимера. Эти исследования были проведены с использованием метода избыточной экспрессии в культивируемых клетках или ооцитах Xenopus. Существование Fgfr гетеродимеров in vivo на уровнях эндогенной экспрессии ещё предстоит установить.

Intracellular signaling


Fgfrs участвуют во многих сигнальных путях, включая Erk1/2, PI3K/Akt, Plcγ, Pkc и Stats. Это достигается главным образом посредством адаптором-обеспечиваемого механизма, при котором рецептор рекрутирует не ферментативные белки, которые функционируют как каркасы для привлечения дополнительных сигнальных белков (Fig. 2). .



Figure 2. Schematic representation of Fgfr signaling functions. (A) Fgfrs are capable of engaging Erk1/2 through multiple mechanisms, including the Frs2, Shb, and Crk adaptor proteins as well as Plc?. For simplicity, CrkI, CrkII, and CrkL adaptor proteins are referred to as Crk. Please see the text for further discussion of the role of these signaling proteins. (B) Fgfrs are also capable of engaging several additional signaling pathways, including PI3K/Akt, Pkc, Src, Stat1, p38, and Jnk.



The Frs (Fgf-regulated substrate) family of adaptor proteins engages Erk1/2 downstream from Fgfrs


Использование Fgfrs приводит к фосфорилированию нескольких Frs. Frs2 и Frs3 являются myristyl-закрепленными мембранными адапторными белками, которые соединяются с juxtamembrane доменом Fgfrs (Table 1; Kouhara et al. 1997; Xu et al. 1998a; Dhalluin et al. 2000; Ong et al. 2000). Это взаимодействие обеспечивается с помощью фосфотирозин-связывающего домена в Frs2 и Frs3; однако, этот комплекс формируется постоянно независимо от фосфорилирования рецептора (Dhalluin et al. 2000; Ong et al. 2000). После активации рецептора, Frs2 и Frs3 фосфорилируются по многим остаткам тирозина, что позволяет этим адапторным белкам соединяться с Shp2 и Grb2-Sos, чтобы активировать Ras-Erk1/2 сигнальный путь (Fig. 2A; Ong et al. 1996; Kouhara et al. 1997;Gotoh et al. 2004b). Избыточная экспрессия Frs3 способна спасти Fgf-обусловленную активацию Erk1/2 в Frs2-/- фибробластах, указывая, что два адапторных белка обладают сходными функциями по активации этого пути (Gotoh et al. 2004b). Во время эмбрионального развития Frs2 широко экспрессируется во многих тканях, тогда как экспрессия Frs3 более ограничена и не обнаруживается при гибридизации in situ вплоть до ст. E11.5 (Gotoh et al. 2004b).

Table 1.
Некоторые фенотипы, вызываемые потерей функции Frs2, также показывают, что Frs2 необходим для Fgf-обеспечиваемой активации Erk1/2 in vivo . Frs2-/- мутанты не обнаруживаются в ожидаемой Менделевской частоте на ст. E6.5 и имеют дефекты в формировании переднезаднего паттерна (Gotoh et al. 2005). Активация Erk1/2 снижена во вне-эмбриональной эктодерме Frs2-/- мутантов на ст. E6.5 (Gotoh et al. 2005). Fgfr2 экспрессируется во вне-эмбриональной эктодерме (Ciruna and Rossant 1999) и, как полагают, использует Erk1/2 посредством Frs2 в этой ткани. Однако, сходные дефекты не были документированы у Fgfr2-/- мутантов (Arman et al. 1998; Xu et al. 1998b), подтверждая, что Frs2 может действовать иерархически ниже по сравнению с множественными Fgfrs или др. RTKs в E6.5 вне-эмбриональной эктодерме. Анализ химер продемонстрировал, что Frs2-/- клетки накапливаются в первичной полоске (Gotoh et al. 2005). Такой фенотип также наблюдается у Fgfr1-/- мутантов, поскольку этот рецептор необходим для инициации эпителиально-мезенхимного перехода, чтобы сформировать мезодерму (Yamaguchi et al. 1994; Ciruna et al. 1997; Ciruna and Rossant 2001).
В то время как Frs2 является важным медиатором передачи сигналов Fgfr, некоторые исследования показали, что Frs2 регулирует только субнабор Fgfr функций. Мыши, содержащие аминокислотные замены в Fgfr1, которые препятствуют Fgfr1-Frs2 связыванию, умирают при рождении со многими дефектами развития, включая расщепление нёба, постаксиальную полидактилию, гипоплазию многих косточек среднего уха и дефекты формирования переднезаднего паттерна в торакальном отделе позвоночника (Brewer et al. 2015). Этот фенотип значительно менее тяжелый, чем фенотип Fgfr1-/- на том же самом генетическом фоне, характеризующийся меньшим количеством клеток примитивной энтодермы на ст. бластоциста и пре-имплантационной гибелью (Brewer et al. 2015). Др. стратегия, чтобы разделить передачу сигналов Fgfr1 и Frs2, устраняет juxtamembrane домен, ответственный за связывание Frs2 и Frs3 (Fgfr1ΔFrs аллель) (Hoch and Soriano 2006). Снова Fgfr1Δ/ΔFrs mice мыши оказываются неспособны воспроизвести фенотип Fgfr1-/- мутантов, указывая, что Frs2 и/или Frs3 необходимы только для субнабора сигнальных функций Fgfr1 in vivo (Hoch and Soriano 2006). Fgfr1Δ/ΔFrs эмбрионы обнаруживают дефекты закрытия нервной трубки, задние укорочения и дефекты во многих производных фарингеальных дуг (Hoch and Soriano 2006). Однако, некоторые Fgfr1Δ/ΔFrs фенотипические отклонения ушей влияют на количества волосковых клеток в улитке и преддверии уха, а также на морфологию внутреннего уха, настолько тяжелую, насколько полна потеря функции Fgfr1 (Ono et al. 2014). Это указывает на то, что важность Frs адапторных белков, стоящих ниже Fgfr1, может отличаться в зависимости от контекста. Фенотипы, ассоциированные с аллелем Fgfr1ΔFrs были значительно более тяжелыми, чем наблюдаемые у мышей, содержащих аминокислотные замены, которые препятствуют связыванию только Frs2 с Fgfr1 (Hoch and Soriano 2006;Brewer et al. 2015). Такое фенотипическое расхождение, скорее всего, обусловлено, по крайней мере, частично характером аллеля, т.к. Fgfr1ΔFrs аллель зависит от частичной cDNA knock-in стратегии, которая неспособна полностью воспроизвести нормальную экспрессию или функцию Fgfr1 (Hoch and Soriano 2006).
Неожиданно мыши, содержащие L424A и R426A мутации в Fgfr2 (Fgfr2LR аллель), которые нарушают связывание Frs2 оказываются жизнеспособными (Eswarakumar et al. 2006; Sims-Lucas et al. 2009). Передача сигналов Fgfr2-Frs2, следовательно, несущественна для эмбрионального развития. Однако, передача сигналов Fgfr2 посредством Frs2 необходима для множественных фенотипов у мышей, моделирующих синдром Crouzon (Eswarakumar et al. 2006). Мыши, гетерозиготные по постоянно активному аллелю Fgfr2 (Fgfr2C342Y аллель, содержащий мутацию C342Y) приближаются к синдрому Crouzon, который характеризуется преждевременным слиянием швов черепа (craniosynostosis). Мыши, содержащие три аминокислотные замены, C342Y, L424A и R426A (Fgfr2CLR аллель), предназначенные, чтобы разрушить связывание Fgfr2-Frs2 в постоянно активном рецепторе, были фенотипически неотличимы от сибсов дикого типа. Этот результат указывает на то, что передача сигналов Fgfr2 нуждается в Frs2 во время патологической оссификации швов черепа. Мыши, гомозиготные по активированному аллелю Fgfr2, обладают несколькими дополнительными фенотипами, включая расщепление нёба, образование в трахее хрящевых манжеток (sleeve) и слияние в коленях и локтях. Fgfr2CLR/CLR не обнаруживают дефектов в коленных и локтевых суставах, но обнаруживают расщепление нёба и фенотипические отклонения трахей у Fgfr2C342Y/C342Y мутантов (Eswarakumar et al. 2006). Это контекст-зависимое ослабление Fgfr2C342Y/C342Y фенотипа может быть обусловлено дифференциальной потребностью в передаче сигналов Frs2 в каждом из онтогенетических процессов или разными пороговыми эффектами между нёбом, трахеей и коленными и локтевыми суставами.
Преобразования Fgfrs, чтобы нарушить их способность активировать Frs2 показали основное преимущество в понимании относительной важности этого сигнального белка, стоящего ниже специфических Fgfrs. Это из-за того, что Frs2 соединяется с рядом RTKs помимо Fgfrs, такими как Trks, Ret, Alk и Vegfrs (Rabin et al. 1993; Ong et al. 1996, 2000; Dhalluin et al. 2000; Kurokawa et al. 2001; Melillo et al. 2001;Degoutin et al. 2007; Chen et al. 2014b). Потеря Frs2 поэтому нарушает передачу сигналов ниже множественных RTKs, делая фенотипы мутантов Frs2-/- трудно описываемые, как характеризующие индивидуальные RTK. Эта точка зрения подчеркивается серией исследований, посвященных развитию почек. Fgfr2, Frs2 и Ret все они необходимы для развития почек (Schuchardt et al. 1994; Zhao et al. 2004; Sims-Lucas et al. 2009). Однако, мутанты Fgfr2, лишенные способности соединяться с Frs2 формируют нормальные почки, тогда как Ret мутанты, неспособные передавать сигналы через Frs2, воспроизводят дефекты почек, наблюдаемые, когда Frs2 нарушается при определенных условиях в зачатках мочеточников (Jijiwa et al. 2004; Zhao et al. 2004; Sims-Lucas et al. 2009). Поэтому специфически разделена передача сигналов Frs2 от Fgfr2 или Ret помогает прояснить вклад каждого из рецепторов в сигнальную функцию развития почек. Больше информации о том, как передача сигналов Fgf регулирует развитие почек, можно найти в обзоре (Bates 2011; Trueb et al. 2013).

Shp2 is a critical mediator of Frs2-dependent Erk1/2 activation


Shp2 является тирозин фосфатазой, которая также действует как адапторные белок, стоящий ниже множественных RTKs. Frs2-обеспечиваемая передача сигналов Fgfr подкреплена постоянным комплексом Shb-Shp2 (Fig. 2A; Cross et al. 2002). После активации рецептора, Shb соединяется с тирозин киназным доменом Fgfr, позволяя Shp2 соединяться с Frs2 (Cross et al. 2002). Shp2 также фосфорилируется по тирозину после воздействия Fgf, это позволяет Shp2 соединяться с Grb2-Sos и использовать Ras-Erk1/2 сигнальный путь в PC12 клетках (Hadari et al. 1998). Интересно, что продолжительная активация Erk1/2 зависит от Grb2, которая рекрутируется с помощью Shp2 скорее, чем с помощью Grb2, который соединяется с Frs2 непосредственно (Hadari et al. 1998). Неизвестно, действительно ли фосфатазная функция Shp2 участвует в этом или др. процессе при Fgfr-обеспечиваемой сигнальной трансдукции, но эта фосфатазная активность необходима для устойчивой Fgf-обеспечиваемой активации Erk1/2 (Hadari et al. 1998).
Генетические исследования также показывают, что Shp2 является важным медиатором зависимых от Frs2 функций, стоящих ниже Fgfrs. Чтобы лучше понять потребность в специфической сигнальной функции Frs2, были получены мутации в Frs2, нарушающие способность этого адапторного белка взаимодействовать с Shp2 (Frs22F аллель) или Grb2 (Frs24F аллель) (Gotoh et al. 2004a). Анализ мышей с этими мутациями продемонстрировал, что Frs2-Shp2 белковый комплекс необходим для Fgf-зависимой индукции хрусталиковой плакоды, но что Frs2-Grb2 соединение безразлично для развития глаз (Faber et al. 2001; Gotoh et al. 2004a). Frs22F/2F мутантные мыши также обнаруживают снижение активации Erk1/2 во время индукции хрусталика, показывая, что Frs2-обеспечиваемая активация Erk1/2 зависит от связывания Shp2 (Gotoh et al. 2004a). Сходные эксперименты продемонстрировали важность Shp2 для Fgf-обеспечиваемого закрытия оптической щели (Cai et al. 2013). Зависимая от условий потеря Fgfr1 и Fgfr2 в зрительном пузырьке вызывает колобому глаз. Такой же фенотип наблюдается, когда Frs2 и Ptpn11 (ген, кодирующий Shp2 у мышей) кондиционно нарушались в зрительном пузырьке или когда Frs2-Shp2 белковый комплекс был разрушен на Ptpn11-дефицитном генетическом фоне (у Frs22F/cKO; Ptpn11cKO/cKO мышей). Это указывает на то, что независимые от Shp2 функции Frs2 не существенны для закрытия оптической щели (Cai et al. 2013). Кроме того, потеря Fgfr1 и Fgfr2 или Frs2 и Ptpn11 восстанавливалась при введении постоянно активного аллеля KrasG12D, показывая, что передача сигналов Fgf в первую очередь зависит от Erk1/2 в этом контексте. Итак, эти исследования подтвердили модель, что Frs2-обеспечиваемая активация Erk1/2 зависит от Shp2 в Fgf-контролируемых онтогенетических процессах.
Потеря Ptpn11 вызывает фенотипические отклонения, напоминающие таковые при снижении передачи сигналов Fgf в др. онтогенетических процессах. Генетическое разрушение Ptpn11 вызывает дефекты гаструляции, напоминающие Fgfr1-/- мутантные фенотипы (Deng et al. 1994; Yamaguchi et al. 1994; Saxton et al. 1997). Кондиционная делеция Ptpn11 в клетках нервного гребня или Fgf8 в лицевом эпителии также приводит к агенезу множественных черепно-лицевых структур (Trumpp et al. 1999; Nakamura et al. 2009). Эти фенотипы согласуются с концепцией, что Shp2 необходим во многих онтогенетических контекстах, регулируемых с помощью передачи сигналов Fgf.

The Crk family of adaptor proteins engages Erk1/2 and Jnk downstream from Fgfrs


Ген Crk кодирует два разных белка (наз. CrkI и CrkII) в результате альтернативного сплайсинга (Feller 2001). Эти белки функционируют как адапторы и формируют мультибелковые комплексы посредством своих SH2 и SH3 доменов (Feller 2001). CrkII соединяется с juxtamembrane доменом активированного Fgfr1 с фосфотирозином 463, чтобы обеспечить активацию Erk1/2 и Jnk (Table 1; Larsson et al. 1999). Разрушение комплекса Fgfr1-CrkII снижает также Fgfr1-обеспечиваемое фосфорилирование тирозина Frs2 in vitro, указывая, что CrkII усиливает активацию Frs2 с помощью Fgfrs (Larsson et al. 1999). Следовательно, Crk-обеспечиваемая активация Erk1/2, стоящих ниже Fgfrs, может до некоторой степени зависеть от Frs2. CrkII активирует Jnk за счет рекрутирования Cas и активации C3G, Rap1 оси (Fig. 2B; Larsson et al. 1999). Родственный белок, Crk-like (CrkL), имеет сходный аминокислотный состав, структуру доменов и функцию с CrkI и CrkII (Feller 2001). CrkL также взаимодействует с фосфотирозином 463 в Fgfr1 и фосфотирозином 466 в Fgfr2 с более значительным сродством, чем белки Crk (Seo et al. 2009). CrkL, как было установлено, использует Erk1/2 путь независимо от Ras через Rac1, Cdc42 и Pak (Fig. 2A; Seo et al. 2009).
Генетический анализ подтвердил, что передача сигналов CrkL необходима для обеспечения Fgf8-зависимого развития фарингеальных дуг (Moon et al. 2006). Если Fgf8+/- или CrkL+/- гетерозиготные мутанты обнаруживают нормальное развитие фарингеальных дуг, то Fgf8+/-; CrkL+/- компаундные гетерозиготные мыши имеют дефекты во многих производных фарингеальных дуг, включая сосудистую сеть, кардиальный тракт оттока, тимус и паратироидные железы. Пенетрантность и тяжесть этих дефектов усиливается у Fgf8+/-; CrkL-/- мутантов. Снижение активации Erk1/2 наблюдается в фарингеальных дугах и коррелирует с тяжестью дозы гена и фенотипическим результатом, указывая тем самым, что CrkL необходим для Fgf8-обеспечиваемой активации Erk1/2. Альтерации в дозе генов Fgf8 и CrkL также влияют на развитие бедер, нёба и нижней челюсти, подтверждая, что CrkL необходим для Fgf8-обусловленной передачи сигналов во многих онтогенетических контекстах. Эти фенотипы, скорее всего, зависят от многих Fgfrs, поскольку CrkL взаимодействует с Fgfr1 и Fgfr2 в эмбриональных фибробластах мыши (Moon et al. 2006). Мыши, преобразованные, чтобы нарушить способность передачи сигналов Fgfr1 посредством адапторного белка Crk, были жизнеспособны и плодовиты без онтогенетических или гомеостатических дефектов (Brewer et al. 2015). Этот результат согласуется с гипотезой, что многие передачи сигналов Fgfrs посредством адапторных белков Crk участвуют в фарингеальных дугах и др. Fgf-зависимых онтогенетических контекстах.

Erk1/2 is required in many Fgf-mediated developmental processes


Неожиданно, несмотря на то, что активируются многими рецепторами клеточной поверхности, Erk1/2 фосфорилируется на высоких уровнях в разных тканях во время развития скорее, чем оказывается униформно активированным (Corson et al. 2003). Активация Erk1/2 снижается во многих из этих контекстов, если эмбрионы культивируются в присутствии ингибиторов Fgfr, подтверждая, что передача сигналов Fgf является основным драйвером активации Erk1/2 во многих процессах развития (Corson et al. 2003). Кроме того, фенотипы потери функции Fgf, Fgfr и Erk1/2 очень сходны, подтверждая, что Fgfrs преимущественно передают сигналы посредством Erk1/2 in vivo. Fgfrs, как было установлено, действуют посредством Erk1/2 во многих биологических процессах.

Fgf4-Erk1/2 signaling regulates primitive endoderm specification


Пред-имплантационные бластоцисты состоят из внутренней клеточной массы, окруженной трофэктодермой (Fig. 3). Внутренняя клеточная масса производит примитивную энтодерму и клетки эпибласта, которые дают желточный мешок и эмбрион, соотв. Первоначально клетки внутренней массы экспрессируют маркеры эпибласта и примитивной энтодермы (Plusa et al. 2008). Эти клоны затем становятся ограниченными эпибластом и примитивной энтодермой, приобретая эти судьбы по мере того, как экспрессия клон-специфических генов становится взаимно исключающей (Plusa et al. 2008). Этот выбор клеточных судеб может быть модулирован, чтобы сгенерировать внутреннюю клеточную массу, полностью состоящую из примитивной энтодермы или клеток эпибласта путем культивирования эмбрионов в присутствии экзогенных FGF4 или Fgfr ингибиторов. соотв. (Fig. 3; Yamanaka et al. 2010). Подавление Mek также приводит к тому, что внутренняя клеточная масса лишается примитивной энтодермы (Nichols et al. 2009), указывая, что передача сигналов Erk1/2 также необходима для формирования примитивной энтодермы и, скорее всего, ответственна за обеспечение функции Fgfr.



Figure 3. Fgf-Erk1/2 signaling regulates the composition of the inner cell mass. The inner cell mass of the blastocyst is composed of epiblast (green) and primitive endoderm (red) cells. Decreasing Fgf or Erk1/2 signaling through pharmacological inhibition or genetically disrupting components of the pathway produces blastocysts with fewer primitive endoderm cells. Conversely, the composition of the inner cell mass can be shifted toward the primitive endoderm cell fate by culturing embryos in an excess of exogenous Fgf ligands.

Генетические исследования также подтверждают модель, что Fgf использует Erk1/2 при формировании примитивной энтодермы. Fgf4-/- мутанты неспособны экспрессировать маркеры примитивной энтодермы при имплантации и погибают приблизительно в это время (Feldman et al. 1995;Goldin and Papaioannou 2003; Kang et al. 2013). Генетическое разрушение Fgfr1 сдвигает состав внутренней клеточной массы в пользу эпибластного клона и продуцирует мало клеток примитивной энтодермы (Brewer et al. 2015). Fgfr2 также, как полагают, обеспечивает этот процесс, поскольку этот рецептор экспрессируется в примитивной энтодерме и некоторые Fgfr2-/- мутанты погибают при имплантации (Arman et al. 1998; Blak et al. 2007). Это делает возможным, что Fgfr1 и Fgfr2 функционируют совместно во время формирования примитивной энтодермы, хотя это ещё нужно доказать. Генетическая потеря Mapk1 или Mapk3 (гены, кодирующие Erk2 и Erk1, соотв.) оказалась не связанной с дефектами примитивной энтодермы (Pages et al. 1999; Saba-El-Leil et al. 2003). Однако, возможно, что Erk1 и Erk2 взаимно заменяют др. др. в этом контексте. Внутренняя клеточная масса Grb2-/- мутантов также состоит целиком из клеток эпибласта и лишена примитивной энтодермы (Chazaud et al. 2006). Grb2 ассоциирует с Frs2 и Shp2, позволяя Fgfrs использовать Ras-Erk1/2 путь посредством Sos (Fig. 2A; Ong et al. 1996; Kouhara et al. 1997; Hadari et al. 1998). Grb2 способен также использовать PI3K, стоящую ниже Fgfrs (Fig. 2B; Ong et al. 2001), подтверждая, что отсутствие активации PI3K также может вносить вклад в неспособность Grb2-/- мутантов формировать примитивную энтодерму. Однако, дефекты примитивной энтодермы ассоциируют со снижением активности PI3K в бластоцисте (Brachmann et al. 2005; Riley et al. 2005, 2006).

Fgfr1 functions through Erk1/2 in the segmentation clock


Передача сигналов Fgf действует также посредством Erk1/2 во время удлинения оси и образования периодических сомитов. Осевая элонгация зависит от перемещения клеток в пресомитной мезодерме, что облегчает рост в заднем направлении (Hubaud and Pourqui? 2014). Модуляция активности Fgf8, Fgfr1 или Erk1/2 влияет на подвижность клеток и тем самым на удлинение оси у рыбок данио и эмбрионов кур (Dubrulle et al. 2001; Sawada et al. 2001; Delfini et al. 2005). У мышей градиент Fgf8 наблюдается в пресомитной мезодерме и он обнаруживает корреляцию с градиентом активности Akt, открывая тем самым возможность, что Fgfr1 также действует посредством PI3K в этом случае (Dubrulle and Pourqui? 2004). Однако, фармакологическое подавление PI3K не влияет на подвижность клеток или осевую элонгацию у эмбрионов кур, указывая, что активность PI3K несущественна для Fgf-обеспечиваемой элонгации продольной оси у этого вида (Delfini et al. 2005). Не вставал вопрос о функциональной активности PI3K при элонгации оси у мышей.
Периодическое образование сомитов использует осциллирующую активность многих сигнальных путей (Dubrulle and Pourqui? 2004). Во время этого процесса наиболее передняя часть пресомитной мезодермы конденсируется и формирует сомиты. Активность Erk1/2 осциллирует, но подобная осциллирующая экспрессия не была описана для Fgf лигандов или рецепторов (Niwa et al. 2011). Вместо этого Fgf8 присутствует в виде градиента во всей пресомитной мезодерме, в то время как Sprouty2/4 и Dusp4/6 ингибиторы обратной связи осциллируют и могут регулировать активность Erk1/2 (Dequeant et al. 2006; Niwa et al. 2007; Hayashi et al. 2009). Кроме того, описаны осцилляции Shp2, указывающие, что постоянная активация рецептора и дифференциальная экспрессия этого сигнального белка могут вносить вклад в осцилляции активности Erk1/2 (Dequeant et al. 2006). Зависимое от условий нарушение Fgf4 и Fgf8 или Fgfr1 вызывает характерные дефекты сегментации, при этом экспрессия циклических генов теряется и пресомитная мезодерма преждевременно дифференцируется в дезорганизованные сомитные структуры, приводя к укорочению заднего конца эмбриона (Niwa et al. 2007; Wahl et al. 2007; Naiche et al. 2011). Сходным образом, подавление Fgfrs или Erk1/2 приводит к редукции случайной клеточной подвижности и устранению экспрессии циклических генов, относящихся к разным сигнальным путям (Delfini et al. 2005; Niwa et al. 2007; Benazeraf et al. 2010). Итак, эти результаты показывают, что Fgf действует посредством Erk1/2 при осевой элонгации и формировании сомитов.

Fgf8-Erk1/2 is required for development of the facial prominences


Функциональная потребность в активности Erk1/2 , стоящей ниже передачи сигналов Fgf была продемонстрирована также в развивающихся фарингеальных дугах. Erk1/2 сильно активируются зависимым от Fgfr способом в фарингеальных дугах (Corson et al. 2003). Кроме того, кондиционная инактивация Fgf8 в эктодерме первой фарингеальной дуги или Mapk1 и Mapk3в мезенхиме. происходящей из нервного гребня, дают сходные фенотипы, характеризующиеся агенезом верхнечелюстного и нижнечелюстного выпячивания и расщеплением носового выпячивания (Trumpp et al. 1999; Newbern et al. 2008; Griffin et al. 2013). Кондиционная инактивация Fgfr1 в мезенхиме. происходящей из нервного гребня, дает более умеренный фенотип расщепления лица по срединной линии и нормальное развитие нижней челюсти (Trokovic et al. 2003; Wang et al. 2013; Brewer et al. 2015). Комбинированная делеция Fgfr1 и Fgfr2 в клетках нервного гребня приводит к более тяжелому расщеплению лица, хотя эти мутанты всё ещё неспособны воспроизвести агенез лица, вызываемый кондиционной потерей Fgf8 (Park et al. 2008). Следовательно, Fgf8, скорее всего, функционирует посредством многих Fgfrs, чтобы задействовать Erk1/2 во время развития фарингеальной мезенхимы.

Fgf-Erk1/2 signaling regulates epithelial-mesenchymal interactions in the limb


Реципрокная передача сигналов Fgf между эпителием и мезенхимой во время развития конечностей, обеспечивается с помощью Erk1/2. Fgf10 экспрессируется в мезенхиме зачатков конечностей, активируя Fgfr2b в презумптивном apical ectodermal ridge (AER), который в свою очередь индуцирует экспрессию Fgf8 в AER (Fig. 4; Min et al. 1998; Xu et al. 1998b; De Moerlooze et al. 2000). Fgf4, Fgf9 и Fgf17 в дальнейшем экспрессируются в AER вместе с Fgf8, и эти лиганды используют Fgfr1c и Fgfr2c в мезенхиме, чтобы усилить экспрессию Fgf10 (Fig. 4; Mariani et al. 2008; Yu and Ornitz 2008). Т.о., реципрокные передачи сигналов Fgf регулируют индукцию и формирование проксимально-дистального паттерна конечностей. Поэтому генетические нарушения Fgf10 или Fgfr2b приводят к полному агенезу конечностей (Min et al. 1998; Xu et al. 1998b; De Moerlooze et al. 2000). Кондиционное устранение Fgf8 и Fgf4 или Fgfr2 в эпителии также вызывает почти полный агенез задних конечностей (Sun et al. 2002; Yu and Ornitz 2008). Менее драматический фенотип наблюдается в передних конечностях, он характеризуется отсутствием дистальных элементов (Sun et al. 2002; Yu and Ornitz 2008). Различия в тяжести дефектов между передними и задними конечностями могут быть обусловлены активностью Msx2-Cre драйвером, который обнаруживается в задних конечностях на более ранней стадии, чем в передних конечностях (Sun et al. 2000). Активированные Erk1/2 обнаруживаются в мезенхиме зачатков конечностей и AER и, как было установлено, зависят от передачи сигналов Fgfr (Corson et al. 2003). Агенез задних конечностей, сопровождаемый дистальными дефектами передних конечностей, обнаруживается также у кондиционных мутантов, лишенных Mapk1, у собственно эмбрионов (Fremin et al. 2015). Неизвестно, почему потеря Mapk1 вызывает более тяжелые дефекты в развитии задних конечностей, хотя возможно предположить, что передние и задние конечности нуждаются в разных уровнях передачи сигналов Erk1/2. Неизвестно также, действительно ли разрушение Mapk1 и Mapk3 будет воспроизводить фенотипы агенеза конечностей, описанные для Fgf10-/- и Fgfr2b-/- мутантов (Min et al. 1998; Xu et al. 1998b; De Moerlooze et al. 2000).



Figure 4. Fgf mediates reciprocal tissue interactions during induction and proximal/distal patterning of the limb. Limb induction depends on mesenchyme-derived Fgf10 engaging Fgfr2b in the adjacent AER (blue). Fgfr2b then functions through Erk1/2 to induce expression of Fgf4, Fgf8, Fgf9, and Fgf17 in the AER, which activate Fgfr1c and Fgfr2c in the adjacent mesenchyme (green). Fgfr1c and Fgfr2c then function to reinforce expression of Fgf10 and instruct limb outgrowth through Erk1/2. (P/D) Proximal/distal.



Fgfr3 functions through Erk1/2 to inhibit chondrocyte hypertrophic differentiation


В хондроцитах ростовой пластинки Fgfr3 действует посредством Erk1/2, чтобы регулировать постнатальную гипертрофическую дифференцировку. Fgfr3 ограничивает рост длинных костей путем ингибирования пролиферации хондроцитов и гипертрофической дифференцировки (Colvin et al. 1996;Deng et al. 1996). Loss of Fgfr3 функция, следовательно, вызывает избыточный рост длинных костей, в то время как активирующие мутации Fgfr3 вызывают карликовость скелета (Colvin et al. 1996; Deng et al. 1996; Naski et al. 1998; Chen et al. 1999; Li et al. 1999; Wang et al. 1999). Сходным образом, генетическая инактивация Mapk1 и Mapk3 в хондроцитах вызывает избыточный рост длинных костей (Sebastian et al. 2011). Трансгенная экспрессия постоянно активного аллеля Map2k1 (гена, кодирующего Mek1) в хондроцитах также вызывает скелетную карликовость, ассоциированную с небольшими количествами гипертрофических хондроцитов, но нормальной пролиферацией хондроцитов (Murakami et al. 2004). Активация Mek1 также способна восстановить избыточный рост длинных костей, вызываемый потерей Fgfr3, указывая, что Erk1/2 действует ниже Fgfr3, чтобы регулировать рост длинных костей посредством гипертрофической дифференцировки (Murakami et al. 2004). В некоторых исследованиях было также предположено, что Erk1/2 регулирует Fgfr3-обусловленное подавление пролиферации хондроцитов (Raucci et al. 2004; Krejci et al. 2008). Однако, др. исследования подтвердили, что этот процесс обеспечивается с помощью Stat1 (Sahni et al. 1999,2001; Murakami et al. 2004).

Fgfrs function through PI3K in GnRH-producing neurons and during lens cell survival


PI3Ks содержат p85 регуляторную и p110 каталитическую субъединицы, которые функционируют в качестве гетеродимеров (Thorpe et al. 2015). Fgfrs активируют путь PI3K/Akt посредством Frs2. Это осуществляется посредством Grb2-обеспечиваемого рекрутирования Gab1 независимо от Ras (Fig. 2B; Ong et al. 2001). Однако, разрушение белкового комплекса Fgfr1-Frs2 неспособно снизить обеспечиваемое с помощью Fgfr1 фосфорилирование Akt, указывая тем самым, что Fgfrs могут осуществлять также Frs2-независимый механизм, чтобы использовать этот путь (Hoch and Soriano 2006; Brewer et al. 2015). Fgfr1-4, как было установлено, рекрутируют непосредственно p85 (Table 1), хотя здесь p85, как полагают, функционирует независимо от PI3K/Akt пути (Fig. 6A, below; Salazar et al. 2009; Francavilla et al. 2013).
PI3K необходима для Fgf-обеспечиваемого развития GnRH-секретирующих нейронов, регулирующих продукцию gonadotropin, чтобы контролировать половое созревание и гаметогенез. У людей мутации потери функции в FGF8 и FGFR1 вызывают гипогонадизм, характеризующийся слабым половым созреванием и бесплодием (Dode et al. 2003; Pitteloud et al. 2006; Falardeau et al. 2008). Трансгенные мыши, экспрессирующие доминантно-негативный аллель Fgfr1 обнаруживают задержку полового созревания и нарушения плодовитости и имеют меньше GnRH-экспрессирующих нейронов с короткими проекциями (Tsai et al. 2005; Gill and Tsai 2006). Снижение плодовитости было также задокументировано у мышей с кондиционным отсутствием Pik3r1 (гена, кодирующего p85α мыши) в нейронах, экспрессирующих GnRH (Acosta-Martinez et al. 2009). Кондиционная потеря Mapk3 и Mapk1 в этих нейронах не влияет на плодовитость (Wierman et al. 2012). исследования на эмбрионах кур ьакже показали, что фармакологическое подавление передачи сигналов Fgfrs или PI3K затрагивает миграцию GnRH in ovo, но этот процесс не изменяется под действием подавления Mek (Hu et al. 2013). Итак, эти исследования подтверждают, что Fgfr1 обеспечивает миграцию GnRH в нервы посредством передачи сигналов PI3K.
В глазах Fgfr2 необходим для жизнеспособности клеток и дифференцировки хрусталика. Кондиционное нарушение Fgfr2 в хрусталике приводит к повышению клеточной гибели, котора может быть устранена с помощью конкурентной потери Pten, неспособного устранять последующие дефекты дифференцировки, наблюдаемые у Fgfr2 кондиционных мутантов. Эти результаты указывают на то, что Fgfr2 действует посредством пути PI3K/Akt, чтобы регулировать клеточную жизнеспособность и что дополнительные пути используются для дифференцировки(Chaffee et al. 2016).

Plcγ functions in Fgfr1-mediated vertebral patterning and Fgfr4-induced cardiac hypertrophy


Plcγ соединяется с Fgfr1 C-терминальным хвостом по фосфотирозину 766 посредством Plcγ SH2 домена (Table 1; Mohammadi et al. 1991; Peters et al. 1992). Последующее фосфорилирование тирозина в Plcγ приводит к активации энзима и гидролизу phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PIP2) в diacylglycerol (DAG) и inositol (1,4,5) trisphosphate (IP3) (Mohammadi et al. 1992; Peters et al. 1992). IP3 является растворимым и диффундирует в эндоплазматический ретикулум, где он соединяется с IP3 рецепторами, чтобы высвободить Ca2+ из эндоплазматического ретикулума. Возникающая в результате повышенная концентрация цитозольного Ca2+ в кооперации со связанным с мембраной DAG, активирует Pkc (Fig. 2B; Huang et al. 1995).
Было предположено, что Plcγ также вносит вклад в активацию Erk1/2 путем воздействия на уровень Raf1, исходя из анализа Y766F мутаций, полученных в Fgfr1, чтобы устранить Fgfr1-Plcγ связывание (Huang et al. 1995). Др. исследование продемонстрировало, что Shb также взаимодействует с Fgfr1 по фосфорилированному Y766, чтобы рекрутировать Shp2 (Cross et al. 2002). Белковый комплекс Shb-Shp2 необходим для максимальной активации Frs2 и рекрутирования дополнительных молекул additional Grb2 (Hadari et al. 1998; Cross et al. 2002). Это может предоставить альтернативу Plcγ-независимому механизму, с помощью которого Fgfr1 фосфотирозин 766 необходим, чтобы максимально увеличить активацию Erk1/2.
Передача сигналов Fgfr1-Plcγ негативно регулирует продолжительность передачи сигналов Fgfr путем инициации интернализации рецепторов in vitro (Sorokin et al. 1994). Эта модель была также подтверждена in vivo путем генерации мышей, обладающих аминокислотной заменой Y766F (Fgfr1Y766F), это предупреждает Plcγ от связывания рецептора (Partanen et al. 1998).Fgfr1Y766F/Y766F мыши обнаруживают posteriorization позвоночного столба, тогда как Fgfr1Y766F/+ имеют сходный фенотип с более низкой пенетрантностью. Противоположная гомеотическая трансформация (vertebral anteriorization) обнаруживается у мышей, гомозиготных по гипоморфному аллелю Fgfr1 (Fgfr1hypo/hypo) и трансгетерозиготных мышей, содержащих гипоморфный и нулевой аллель (Fgfr1hypo/-). Это указывает на то, что Fgfr1Y766F является полудоминантной с избыточной функцией мутацией и что Plcγ или члены нижестоящего пути, такие как Pkc могут действовать как негативные регуляторы Fgfr1 (Partanen et al. 1998).
Fgfr4 действует посредством Plcγ в кардиомиоцитах во время прогрессирования болезни гипертрофии левого желудочка (LVH) (Faul et al. 2011; Grabner et al. 2015). Fgf23 действует как эндокринный гормон, чтобы регулировать гомеостаз фосфатов и обнаруживается в высоких концентрациях у индивидос с хронической болезнью почек (Faul et al. 2011). Повышенные уровни Fgf23 вызывают LVH путем активации передачи сигналов Fgfr4-Plcγ независимо от Frs2-Erk1/2 (Faul et al. 2011; Grabner et al. 2015). Кроме того, фармакологическое подавление Plcγ препятствует индукции с помощью Fgf23 гипертрофии в кардиомиоцитах желудочков новорожденных крысят в значительно большей степени, чем при ингибировании Mek in vitro (Faul et al. 2011). Генетическое нарушение Fgfr4 препятствует также LVH и активации Plcγ в Fgf23-зависимой модели хронической болезни почек (Grabner et al. 2015). LVH и активация Plcγ наблюдались у мышей, гомозиготных по G385R-активирующей мутации в Fgfr4, всё это указывает на то, что передача сигналов Fgfr4 необходима и достаточна для патогенеза LVH (Grabner et al. 2015). Plcγ участвует в патогенезе LVH путем регуляции Ca2+ и пути calcineurin/NFAT, мощного индуктора кардиальной гипертрофии (Molkentin et al. 1998; Faul et al. 2011;Grabner et al. 2015).

Pkcγ is required during ossification


Pkcs являются семейством серин треониновых киназ, организованных в три категории, исходя из механизма активации (Hage-Sleiman et al. 2015). Обычные (c) Pkcs (α, β, и γ) активируются с помощью DAG, Ca2+, и форболовых эфиров, тогда как новые (n) Pkcs (δ, ε, η, и &teta;) активируются с помощью DAG и форболовых эфиров, но не с помощью Ca2+. Атипичные (a) Pkcs (ζ, τ и µ) активируются с помощью межбелковых взаимодействий скорее, чем вторичных мессенджеров (Hage-Sleiman et al. 2015). Fgfrs используют Pkc посредством Plcγ (Fig. 2), хотя мало известно об этой сигнальной функции in vivo. В линии клеток остеобластов, FGF2 усиливает экспрессию Runx2 т ДНК-связывающую активность зависимым от Pkc способом (Kim et al. 2003). Подавление индивидуальных изоформ Pkc показывает, что этот процесс в первую очередь базируется на Pkcδ (Niger et al. 2013). Соотв., Pkcδ-/- мутантные мыши обнаруживают задержку оссификации большинства скелетных структур, хотя активность Pkcδ, как полагают, стоит ниже не канонического пути Wnt в этом контексте (Tu et al. 2007). Сходным образом, описывается задержка оссификации у Fgf18-/- мутантных мышей, подтверждая, что Fgf18 может инициировать Pkcδ-зависимый путь остеогенеза (Liu et al. 2002; Ohbayashi et al. 2002). Эта гипотеза умозрительная, поскольку активность Pkcδ не была оценена у Fgf18-/- мутантов, чтобы определить. действительно ли этот сигнальный путь регулируется передачей сигналов Fgf.

Adaptor protein Grb14


Grb14 был идентифицирован в качестве белка, связывающего Fgfr1 у дрожжей (Reilly et al. 2000). Это взаимодействие обеспечивается с помощью Grb14 SH2 домена и C-терминальных Fgfr1 фосфотирозинов 766 и 776 (Table 1; Fig. 2B). Избыточная экспрессия Grb14 подавляет FGF2-обеспечиваемую пролиферацию, подтверждая, что Grb14 действует как негативный регулятор передачи сигналов Fgfr (Reilly et al. 2000). Было предположено, что Grb14 ингибирует передачу сигналов Fgfr, предупреждая рекрутирование и активацию Plcγ на фосфотирозин 766 (Browaeys-Poly et al. 2010). Grb14-/- мыши жизнеспособны и плодовиты, с метаболическими фенотипами, которые в общем-то связаны с альтерациями передачи сигналов посредством инсулиновых рецепторов (Cooney et al. 2004). Пока неизвестно, действительно ли Grb14 вносит вклад в Fgf-обеспечиваемые биологические процессы in vivo.

Stat1 functions downstream from Fgfr3 to inhibit chondrocyte proliferation


Stats это семейство белков, которые связывают трансмембранные рецепторы и действуют в ядре как транскрипционные факторы. Stats обычно фосфорилированы по тирозину, часто с помощью Jak нерецепторных тирозин киназ, которые позволяют им димеризоваться и транслоцироваться в ядро. Исследования in vitro продемонстрировали, что Stat1, Stat3 и Stat5 могут быть активированы с помощью Fgfrs (Hart et al. 2000; Deo et al. 2002; Yang et al. 2009; Dudka et al. 2010).
Fgfr3 действует посредством Stat1, чтобы регулировать пролиферацию хондроцитов во время постнатальной эндохондральной оссификации. Во время этого процесса хондроциты пролиферируют, выходят из клеточного цикла и подвергаются гипертрофической дифференцировке (Ornitz and Marie 2015). Передача сигналов Fgfr3 регулирует рост костей путем подавления пролиферации хондроцитов и гипертрофической дифференцировки (Colvin et al. 1996; Deng et al. 1996). Поэтому потеря Fgfr3 вызывает избыточный рост скелета, тогда как активирующие мутации в Fgfr3 вызывают скелетную карликовость у мышей и людей (Colvin et al. 1996; Deng et al. 1996; Naski et al. 1998; Chen et al. 1999; Li et al. 1999; Wang et al. 1999). Было предположено, что Fgfr3 использует Stat1, чтобы ингибировать пролиферацию хондроцитов и Erk1/2, ограничивая тем самым гипертрофическую дифференцировку (Murakami et al. 2004). Stat1 активируется с помощью действия FGF1 в первичных хондроцитах и необходим для FGF1-обеспечиваемого ареста роста в этих клетках (Sahni et al. 1999). Генетическая потеря Stat1 устраняет также укорочение длинных костей, вызываемое трансгенной избыточной экспрессией FGF2 у мышей, путем восстановления нормальной скорости пролиферации (Sahni et al. 2001). Интересно, что генетическая потеря Stat1 восстанавливает нормальную пролиферацию хондроцитов у мышей с активирующим Fgfr3G374R мутантным аллелем, но не восстанавливает нормальную длину длинных костей (Murakami et al. 2004).
STAT3 соединяется с фосфотирозином 677 в FGFR1 в линии клеток, обнаруживающих геномную амплификацию рецептора, но не в клетках, экспрессирующих FGFR1 на эндогенных уровнях (Table 1; Dudka et al. 2010). Т.о., FGFR1-обеспечиваемая активация STAT3 может представлять специфичную для раковых опухолей сигнальную функцию FGFR1. В соответствии с этой гипотезой Stat3 несущественен для Fgfr1-обеспечиваемого лицевого морфогенеза у мышей (Brewer et al. 2015). Сходным образом, STAT3 преимущественно связывает G388R вариант FGFR4 в зародышевой линии, который ассоциирует со многими типами рака (Ulaganathan et al. 2015). Здесь аллель FGFR4G388R изменяет трансмембранный домен в FGFR4, создает membrane-proximal STAT3 сайт связывания и облегчает повышенную активацию STAT3 (Ulaganathan et al. 2015). Следовательно, FGFR1 и FGFR4 обладают специфичной для рака сигнальной функцией, осуществляемой посредством Stat3.

p38 functions in Fgfr2-mediated pathological skin and bone development


p38 серин треониновые киназы представляют семейство MAPKs, активируемых с помощью клеточных стрессов, и некоторые ростовые факторы. Воздействие FGF1 или FGF18 способно активировать p38 в линии клеток хондроцитов (Shimoaka et al. 2002; Raucci et al. 2004). Мало известно о механизме, с помощью которого Fgfrs используют путь p38, хотя была установлена зависимость от Ras (Tan et al. 1996). p38 вносит вклад в некоторые аспекты врожденных нарушений, вызываемых активацией аллелей Fgfr2. Beare-Stevenson cutis gyrata синдром вызывается постоянно активной мутацией в FGFR2 и связан с краниостенозом, эпидермальной гиперплазией и др. кожными и скелетными аномалиями у людей (Beare et al. 1969; Stevenson et al. 1978; Hall et al. 1992). Многие из этих фенотипов наблюдаются также у мышей, преобразованных с помощью аналогичных мутаций (Fgfr2Y394C аллель) (Wang et al. 2012). Активность p38 была наивысшей в коже и своде черепа у Fgfr2Y394C/+ мутантов, в то время как активность Erk1/2 была повышена только в черепе. Подавление In utero p38 делает возможным нормальное развитие кожи благодаря восстановлению эпидермальной пролиферации до уровня дикого типа, но не ослабляет дефектов черепа, вызываемых постоянной передачей сигналов Fgfr2. Воздействие Mek ингибитора не модифицирует фенотипические отклонения в коже и черепе мутантных мышей (Wang et al. 2012), подтверждая, что передача сигналов посредством p38, но не Erk1/2, необходима ниже Fgfr2Y394C во время эпидермальной гиперплазии.
Др. исследования оценивали потребность в специфических сигнальных путях во время патологической эндохондральной оссификации у мышей, моделирующих синдром Apert (Yin et al. 2008; Chen et al. 2014a). Синдром Apert вызывается S252W- или P253R-активирующими мутациями в FGFR2 и характеризуется краниосиностозом и синдактилией (Wilkie et al. 1995). Fgfr2S252W/+ и Fgfr2P253R/+ мыши маленькие, с пониженной длиной и массой костей (Yin et al. 2008; Chen et al. 2014a). Активность как p38, так и Erk1/2 выше в костных мезенхимных стволовых клетках мутантных мышей, а подавление любого из путей способно восстанавливать нормальную длину культивируемых длинных костей (Yin et al. 2008; Chen et al. 2014a). Краниосиностоз, связанный с синдромом Apert является зависящим от Erk1/2 и может быть предотвращен или устранен использованием Mek ингибитора (Shukla et al. 2007; Yin et al. 2008).

Fgfr4 functions through Jnk to regulate bile acid synthesis


Jnk серин треониновая киназа представлена семейством MAPKs, активируемым с помощью клеточных стрессов и факторов роста. Воздействие FGF19 на первичные гепатоциты человека репрессирует определяющий скорость энзим синтеза желчных кислот, CYPZA1, зависимым от JNK способом (Holt et al. 2003). Кроме того, Fgfr4-/- мыши обнаруживают высокие уровни продукции желчных кислот и экспрессии Cypza1, тогда как трансгенные мыши, экспрессирующие постоянно активный аллель Fgfr4 в печени, обнаруживают снижение синтеза желчных кислот и низкий уровень экспрессии Cypza1 и обнаруживают более высокую активность Jnk (Yu et al. 2000, 2005). Fgfr1, как было установлено, использует Jnk посредством Crk адапторных белков C3G и Rap1 (Fig. 2B; Larsson et al. 1999). Неизвестно, действительно ли Fgfr4 использует сходный механизм, чтобы активировать Jnk.

Utilization of signaling functions


Fgfrs обладают многими сигнальными функциями, возникает вопрос, действительно ли эти эффекторы работают индивидуально или в комбинации. Напр., Frs2, по-видимому, важен для Fgfr1-обеспечиваемого формирования мезодермы (Gotoh et al. 2005), в то время как CrkL участвует в развитии фарингеальных дуг, находясь ниже Fgfr1 и Fgfr2 (Moon et al. 2006). Это указывает на то, что Fgfrs используют разные эффекторы, чтобы активировать Erk1/2 во время разных биологических процессов.
Fgfr1 нуждается в кумулятивном эффекте от множественных сигнальных эффекторов, которые сходятся на нижестоящих путях (Fig. 5, left panel). Эта модель была разработана путем анализа фенотипов мышей с knock-in мутациями, полученными, чтобы нарушать способность Fgfr1 связывать и, следовательно, активировать субнабор сигнальных функций. Потеря способности использовать Frs2, Crk белки или Plcγ по отдельности продуцирующие только легкие дефекты по сравнению с Fgfr1-нулевым фенотипом (Partanen et al. 1998; Hoch and Soriano 2006; Brewer et al. 2015). Важно, что потеря индивидуальных сигнальных функций влияет на сходные Fgfr1-обеспечиваемые онтогенетические процессы, наиболее заметно на формирование переднезаднего паттерна торакальных позвонков (Partanen et al. 1998; Brewer et al. 2015). Нарушения множественных сигнальных функций одновременно вызывает более тяжелые онтогенетические дефекты, включая задержку развития, задние укорочения и агенез второй фарингеальной дуги, указывающие, что Fgfr1 использует, слагая эти сигнальные функции (Brewer et al. 2015). Сходным образом, активация Erk1/2 лишь незначительно снижается в первичных клетках, когда Fgfr1 неспособен использовать CrkL, Plcγ и Grb14 коллективно или только Frs2 (Hoch and Soriano 2006; Brewer et al. 2015). Комбинированное нарушение этих сигнальных функций приводит к снижению активации Erk1/2, что было подобно полной потере функции Fgfr1 (Brewer et al. 2015). Это подтверждает идею, что Erk1/2 использует стоящие ниже Fgfr1 путем комбинации множественных эффекторов (Fig. 5, left panel). Plcγ также, скорее всего, используется множественными механизмами с помощью Fgfr1, поскольку эта сигнальная молекула активируется непосредственно с помощью рецептора и Frs2-зависимым способом (Brewer et al. 2015). Кроме того, фосфорилирование Akt не снижается мутациями, полученными, чтобы разрушать белковый комплекс Fgfr1-Frs2, подтверждая, что Fgfr1 также обладает дополнительными механизмами, чтобы активировать PI3K/Akt путь (Hoch and Soriano 2006; Brewer et al. 2015).



Figure 5. Fgfrs use diverse mechanisms of signaling. Fgfr1 functions through multiple effectors that converge on downstream Erk1/2 signaling in multiple contexts, including axial elongation and development of the pharyngeal arches. In contrast, Fgfr3 uses differential signaling during distinct cellular responses in growth plate chondrocytes. Here, Stat1 is engaged to limit chondrocyte proliferation, and Erk1/2 is subsequently used to inhibit hypertrophic differentiation.

Сходная аллельная серия сигнальных мутаций пока не описана для др. Fgfrs. Однако, Fgfr3 может использовать разные механизмы в хондроцитах ростовой пластинки, что отражает дифференциальную передачу сигналов, чтобы ингибировать пролиферацию и дифференцировку (Fig. 5, right panel). Stat1 используется Fgfr3, чтобы усилить экспрессию p21 и подавить пролиферацию хондроцитов (Sahni et al. 1999, 2001; Murakami et al. 2004). Fgfr3 затем действует посредством Erk1/2, чтобы ограничить гипертрофическую дифференцировку (Murakami et al. 2004). В противоположность Fgfr1, Fgfr3 может поэтому использовать дифференциальные сигнальные функции во время различающихся онтогенетических процессов. Сходные исследования Pdgfrs также продемонстрировали, что Pdgfrα имеет определенные потребности в индивидуальных сигнальных функциях, тогда как Pdgfrβ нуждается в аддитивном эффекте от множественных путей (Tallquist et al. 2000, 2003; Klinghoffer et al. 2002). Это подтверждает мнение, что эволюционно родственные RTKs могут действовать посредством разных механизмов.

Ligand-specific cellular responses


Настойчиво возникающей темой передачи сигналов Fgf является тема реакций, часто вызываемых в зависимости от особенностей лиганда. Разные Fgf лиганды могут инициировать разные онтогенетические реакции в одной и той же ткани. Это достигается за счет множественных механизмов, некоторые из которых действуют путем инициации разных свойств внутриклеточной передачи сигналов.
Культура легочных эксплантов с FGF7 или FGF10 генерирует кисто-подобные или разветвленные структуры путем индукции пролиферации или миграции, соотв. (Fig. 6A; Bellusci et al. 1997; Francavilla et al. 2013). Эти лиганды индуцируют разные тканевые морфологии путем инициации разной кинетики передачи сигналов FGFR2b (Francavilla et al. 2013). Стимуляция с помощью FGF10, но не FGF7, индуцирует фосфорилирование внутриклеточного Tyr734 в FGFR2b. Фосфотирозин 734 действует как место постановки p85, связанного с SH3BP4, который позволяет рецептору осуществлять рециклинг обратно на клеточную поверхность и поддерживать активацию рецептора. Мутация Y734F переключает кинетику FGF10-активируемого FGFR2b на преходящий сигнал и структуру легочного экспланта, напоминающую таковую морфологию, индуцируемую FGF7 (Francavilla et al. 2013).



Figure 6. Fgf ligands encode distinct biological responses through diverse mechanisms. (A) FGF7 and FGF10 induce distinct lung explant morphologies and cellular responses through differential signal durations. (B) Differential HSPG affinity influences the shape of FGF7 and FGF10 gradients to influence the pattern of proliferating cells and tissue morphology in submandibular gland explants. (C) Fgf7 and Fgf22 instruct differentiation of inhibitory or excitatory presynaptic terminals by engaging distinct Fgfrs in hippocampal CA3 pyramidal neurons.

Был предположен альтернативный механизм в нижнечелюстных и слезных железах, базирующийся каждый на сродстве лигандов HSPG (Fig. 6B). Здесь, FGF7 или FGF10 продуцируют разветвленные или удлиненные структуры эксплантов (Steinberg et al. 2005;Makarenkova et al. 2009). FGF7 связывает HSPGs с более низким сродством, чем FGF10, это позволяет FGF7 распространяться более экстенсивно по ткани, тогда как FGF10 формирует острые градиенты, ограниченные кончиками (Igarashi et al. 1998; Makarenkova et al. 2009). Эти градиенты влияют на пространственный паттерн пролиферации внутри ткани, чтобы регулировать морфогенез. Мутации FGF10 HSPG-связывающего домена функционально воспроизводят FGF7 HSPG-связывающие свойства, чтобы генерировать диффузные градиенты и разветвленные тканевые структуры (Makarenkova et al. 2009).
Отличающиеся изоформы Fgf8, как было установлено, также инициируют разные онтогенетические программы, которые коррелируют с сродством каждой из изоформ рецептора. 8 изоформ Fgf8 (Fgf8a - Fgf8h) генерируются в результате альтернативного сплайсинга у мышей (Crossley and Martin 1995; MacArthur et al. 1995). Fgf8a и Fgf8b индуцируют отличающиеся клеточные реакции, когда эктопически экспрессируются в нервной пластинке эмбрионов кур. Экспрессия Fgf8a вызывает экспансию среднего мозга в область презумптивного переднего мозга, тогда как Fgf8b переключает судьбу среднего мозга на судьбу мозжечка (Sato et al. 2001). Сходные фенотипы наблюдались также у трансгенных мышей, эктопически экспрессирующих Fgf8a или Fgf8b в среднем мозге (Lee et al. 1997; Liu et al. 1999a). Не известно, действительно ли изоформы Fgf8 вызывают разные клеточные программы путем инициации разных внутриклеточных сигнальных профилей. Однако, Fgfr2c формирует более крупный гидрофобный интерфейс с Fgf8b, чем с Fgf8a, обеспечивая более значительное сродство лиганда к рецептору (Olsen et al. 2006). Следовательно, вполне возможно, что Fgf8b может инициировать более сильный сигнал, чем Fgf8a.
В гиппокампе Fgf7 и Fgf22, как было установлено, по-разному способствуют формированию ингибирующих или возбуждающих пресинаптических окончаний, соотв. (Fig. 6C;Terauchi et al. 2010). Мыши, генетически лишенные Fgf7 или Fgf22 поэтому имеют меньше ингибирующих или возбуждающих синапсов в CA3 пирамидальных нейронах гиппокампа. Изменение баланса ингибирующих и возбуждающих синапсов влияет на склонность к экспериментально индуцируемым эпилептическим судорогам. Потеря Fgf7 поэтому вызывает повышенную чувствительность к судорогам, тогда как потеря Fgf22 защищает от судорог. Способность индуцировать разные характеристики синапсов зависит от различий в сродстве лигандов к рецепторам (Terauchi et al. 2010; Dabrowski et al. 2015). Fgf7 преимущественно использует Fgfr2b, тогда как Fgf22 может активировать и Fgfr2b и Fgfr1b (Zhang et al. 2006). Генетические нарушения Fgfr2b, вызывают снижением ингибирующих и возбуждающих синапсов, тогда как потеря Fgfr1b предупреждает развитие только возбуждающих синапсов (Dabrowski et al. 2015). Это подтверждает модель, что дифференциальные пресинаптические реакции к каждому лиганду зависят от активации разных профилей рецепторов.
Конечно, некоторые Fgf лиганды, скорее всего, инициируют сходные клеточные программы. Напр., множественные лиганды экспрессируются в AER, чтобы регулировать индукцию и формировании проксимально-дистального паттерна конечностей (Lewandoski et al. 2000; Sun et al. 2000,2002; Mariani et al. 2008). Несмотря на это, эти исследования в целом демонстрируют, что Fgf лиганды также могут индуцировать разные биологические реакции. Это может быть достигнуто за счет воздействия внутриклеточной кинетики сигналов, меняющей паттерн клеточных реакций внутри ткани или за счет использования разных Fgfrs.

Considerations and future directions


Many genetic and pharmacological studies have demonstrated that Erk1/2 mediates many Fgfr functions in diverse biological contexts. However, these in vivo studies do have limitations to consider. One difficulty of these studies is the inability to definitively connect an individual RTK to specific signaling pathways in vivo. A commonly used approach is to determine whether reducing pathway activity phenocopies loss of a given RTK. However, results from this approach may be difficult to interpret, as many biological contexts require signaling through multiple RTKs. For example, the labyrinth compartment of the placenta requires Fgfr2, Met, Egfr, Igf1r, and many signaling pathways, including p38?, Erk1/2, and Akt (Liu et al. 1993; Bladt et al. 1995; Sibilia and Wagner 1995; Threadgill et al. 1995; Xu et al. 1998b; Adams et al. 2000; Mudgett et al. 2000; Hatano et al. 2003;Yang et al. 2003, 2005; Fremin et al. 2015). Since Fgfr2 is capable of engaging all of these pathways, it is difficult to know whether Fgfr2-associated placental defects are simply due to decreases in Erk1/2 signaling or whether these phenotypes are the result of lowering the activity of multiple signaling pathways. Similarly, it seems likely that phenotypes caused by decreased Erk1/2 activity alter signaling downstream from multiple RTKs. This problem is challenging given the technical difficulties associated with modulating multiple signaling pathways simultaneously in vivo.
Combining in vitro and in vivo strategies may be helpful in resolving this problem. One recent study has analyzed the transcriptional response to FGF1 treatment in primary cells derived from the mouse palatal mesenchyme (Vasudevan et al. 2015). Of note, only half of the genes that are transcriptionally regulated following FGF1 treatment depend on Erk1/2 activity (Vasudevan et al. 2015). It would therefore be interesting to determine whether any of the Fgf-regulated, Erk1/2-independent genes are required for Fgf-mediated palate morphogenesis.
Redundancy also complicates interpretation of genetic studies. Erk1 and Erk2 proteins are functionally equivalent kinases (Fremin et al. 2015), making it difficult but still genetically tractable to disrupt both the Mapk3 and Mapk1 genes. This is considerably more challenging for the PI3K/Akt pathway, since there are five isoforms of the p85 regulatory subunit, three isoforms of the p110 catalytic subunit, and three isoforms of Akt (Thorpe et al. 2015). Similarly, Fgfrs have been reported to signal through Src in vitro (Klint et al. 1999; Liu et al. 1999b; Li et al. 2004; Cunningham et al. 2010); however, genetic interrogation of this axis is not practical, since there are eight Src family kinases in mammals, four of which are broadly expressed. Additional strategies that rely on pharmacological inhibition or dominant-negative constructs may therefore be helpful in overcoming this issue.
Despite the prominent role for Erk1/2 in mediating Fgf-regulated biological processes, this review has also discussed several studies that have identified Erk1/2-independent signaling pathways used by Fgfrs. For example, Fgfr4 functions through Plc? during cardiac hypertrophy and through Jnk when regulating bile acid synthesis (Holt et al. 2003; Inagaki et al. 2005; Yu et al. 2005;Faul et al. 2011; Grabner et al. 2015). Although a comprehensive analysis of all Fgfrs has not been performed to date, biochemical studies have suggested that Fgfrs possess different signaling potentials in vitro. Most notably, Fgfr1 possesses a greater ability to activate Frs2, Erk1/2, and Plc? than Fgfr4 in vitro (Vainikka et al. 1994; Wang et al. 1994; Shaoul et al. 1995). This idea has also been supported in vivo, since Fgfr1 seems to primarily function through Erk1/2, while Fgfr4 uses Plc? or Jnk. Therefore, there is substantial evidence to support the notion that Fgfr1 and Fgfr4 have qualitatively different signaling requirements. Less is known about qualitative or quantitative differences between other Fgfrs in vivo. Biochemical studies have also demonstrated that Fgfr1 is capable of initiating a greater magnitude of Erk1/2 activation than Fgfr2 (Shaoul et al. 1995), suggesting that these receptors exhibit quantitative differences in their signaling potentials. It may therefore be interesting to determine how the differential signaling potentials of Fgfrs are used in vivo.
Signaling kinetics represent another quantitative aspect of signaling that should be further investigated in vivo. The importance of signaling kinetics was initially demonstrated in studies of PC12 cells, which proliferate or differentiate in response to transient or sustained Erk1/2 activity, respectively (for review, seeMarshall 1995). Recent phosphoproteomic studies have demonstrated that differential FGFR2b signaling kinetics instruct a proliferation or migration response during branching morphogenesis of the lung (Francavilla et al. 2013). Here, the duration of FGFR2b signaling is determined by ligand identity and differential phosphorylation of Y734 (Francavilla et al. 2013). It may therefore be possible to engineer mice that lack this phosphorylation site or contain a phosphomimetic allele to experimentally force a transient or prolonged FGFR2b signal in vivo. This approach would be useful in identifying how signaling kinetics influence development and adult homeostasis. Another study has used a FRET-based system to monitor the spatial and temporal dynamics of Erk1/2 activation in the skin (Hiratsuka et al. 2015). This strategy may be particularly useful to monitor the kinetics of Erk1/2 signaling in contexts amenable to live imaging, such as preimplantation development or explant culture systems. Previous SectionNext Section Conclusion In the many years that have followed the identification of Fgfrs, multiple studies have shed light on the diversity of Fgf signaling mechanisms in numerous developmental and homeostatic processes. In many biological contexts, Fgf signaling functions through the Erk1/2 pathway, although there is also strong evidence implicating Erk1/2-independent signaling functions in vivo. Additionally, quantitative differences in the magnitude or duration of Erk1/2 activation may be used to instruct diverse cellular responses. Collectively, these studies have provided new insights into signal transduction, informed the developmental etiologies of many congenital disorders, and may form the basis to develop novel therapeutic strategies.