Черепно-лицевое развитие у позвоночных является динамическим процессом, сильно зависящим от удивительной популяции клеток, наз. нервным гребнем. Craniofacial neural crest cells (CNCC) являются мультипотентными и способными к миграции клетками, которые отсоединяются от дорсальной части замыкающейся нервной трубки и перемещаются вентро-латерально в лобно-носовое возвышение и фарингеальные дуги, где они становятся мезенхимными и проявляются в виде лицевых зачатков (Bronner and Simoes-Costa, 2016; Cordero et al., 2011). На каждой стороне морды мыши пролиферация пост-миграторных клеток нервного гребня вызывает образование медиального и боковых носовых выпячиваний, исходящих от лобно-носового возвышения приблизительно на день эмбриогенеза (E) 10, в результате возникают парные в виде конской подковы возвышения из таких выпуклостей с хорошо различаемым вдавлением в виде носовой ямки в центре. Вырост этих выпячиваний соединяется с подобным же выпячиванием верхней челюсти, в результате три зачатка приходят в контакт (Yoon et al., 2000; Kim et al., 2004). Этот контакт и последующее слияние медиального носового возвышения, боковых носовых возвышений и верхне-челюстного возвышения создают ноздри и верхнюю губу (Jiang et al., 2006). По ходу дальнейшего развития на ст. E10.5, дальнейший рост приводит к контакту парных медиальных возвышений посредине лица, где они сливаются и дают носовую перегородку, фильтр и premaxilla (резцовую межчелюстную кость).

Во время этих ранних стадий черепно-лицевого развития CNCC в соответствии с сигналами от окружающих тканей регулируют свою жизнеспособность пролиферацию. Сюда входят Sonic Hedgehog (SHH) и Fibroblast Growth Factor 8 (FGF8), секретируемые поверхностной эктодермой (Jeong et al., 2004; Billmyre and Klingensmith, 2015; Shao et al., 2015; Trumpp et al., 1999). Потеря этих сигналов или неспособность CNCC соотв. образом трансдуцировать связывание лигандов в клетках, нарушает рост и последующее слияние лицевых зачатков, часто приводя в конце концов к дефектами срединной линии лица (Suzuki et al., 2016). CNCC также являются особенно ранимой популяцией клеток, т.к. подтверждена их заметная чувствительность к нарушениям биогенеза рибосом, чувствительность к тератогенным эффектам алкоголя и к генетическим мутациям, приводящим к усилению апоптоза CNCC (Weaver et al., 2015; Zhang et al., 2017; Smith et al., 2014; Berres et al., 2017; Hasegawa et al., 2002; Wang et al., 2006; Vieceli and Bronner, 2018).

Несмотря на существенные успехи в понимании сигнальных путей и транскрипционных сетей, участвующих в возникновении черепно-лицевых нарушений, их этиология часто остается неясной. Беспристрастность генетических подходов на модельных организмах предоставляет новую информацию о ранее неизвестных ролях генов и путей в эмбриогенезе (Stottmann and Beier, 2010). Здесь мы описываем новый аллель после скрининга подвергшихся воздействию мутагена N-ethyl-N-nitrosourea (ENU) мышей, который является неотемлемой частью черепно-лицевого развития. Мы установили, что причинная мутация находится в гене nucleotide binding protein 2 (Nubp2). Nubp2 является P-loop NTPase первой описанной при раннем секвенировании и картировании кДНК, изолированной из эмбрионов мыши ст. E7.5 (Nakashima et al., 1999). У Saccharomyces cerevisiae она была идентифицирована как цитозольная Fe-S cluster deficient (Cfd1) при скрининге генов, способных превращать Iron regulatory protein 1 в c-aconitase (Roy et al., 2003) (Voss et al., 1995). Это и последующие исследования в линиях клеток дрожжей и животных показали, что NUBP2 является интегральным компонентом пути сборки цитозольного iron-sulfur кластера, где он действует вместе со своим гомологичным партнером по связыванию NUBP1 в качестве каркаса для переноса iron-sulfur кофактора на не митохондриальные апопротеины (Netz et al, 2007, 2012; Camire et al., 2015). Более поздние исследования выявили, что нокдаун Nubp1, или Nubp1 и Nubp2, приводит к избыточной дупликации центросом in vitro (Christodoulou et al., 2006). Дальнейшее исследование показало, что замалчивание Nubp1 и Nubp2 в культуре клеток приводит к образованию многочисленных ресничек (Kypri et al., 2014). Полученный после обработки ENU мышиный аллель Nubp1 приводил к нарушениям образования почек в легких и избыточному удвоению центриолей (Schnatwinkel and Niswander, 2012).

Подобное вовлечение Nubp2 в регуляцию удвоений центриолей и динамику ресничек и важность первичных ресничек для внутриклеточной передачи сигналов, привели нас к предположению, нарушения образования ресничек могут нарушать пути передачи критических сигналов CNCC, приводя к потере митогенных и/или обеспечивающих жизнеспособность сигналов и к последующим дефектам слияния по средине лица. Напротив, здесь мы продемонстрировали, что потеря Nubp2 из CNCC не приводит к дефектам цилиогенеза или передачи сигналов, но вызывает быстрое начало апоптоза по всей черепно-лицевой мезенхиме, сопровождающей миграцию CNCC, это лежит в основе характерных проявлений у мутантов dorothy. Это первый пример роли сборки компонентов пути iron-sulfur кластера для развития средины лица.

Итак, мы открыли dorothy мутацию, затрагивающей черепно-лицевое развитие мыши. Dorothy эмбрионы погибают до рождения и обнаруживают множество неожиданных фенотипических отклонений, обычно ассоциированных с цилиопатиями, включая тяжелые расщепления посредине лица. Мы использовали секвенирование экзома для обнаружения миссенс мутации в Nubp2. Мы продемонстрировали, что Nubp2 является обязательной для эмбриогенеза. NUBP2 участвует в пути сборки цитозольного iron/sulfur кластера и выступает в качестве негативного регулятора цилиогенеза. Кондиционное устранение Nubp2 в клоне нервного гребня с помощью Wnt1-cre воспроизводит фенотип dorothy. Используя эту модель мы установили, что пропорция клеток с ресничками в черепно-лицевой мезенхиме остается неизменной и что маркеры, такие как SHH, FGF, и BMP сигнальные пути, остаются неизменными. Наконец, мы показали, что фенотипические отклонения является результатом заметного увеличения апоптоза в черепно-лицевой мезенхиме.