HALF A CENTURY OF NEURAL PREPATTERNING: THE STORY OF A FEW BRISTLES AND MANY GENESJose Luis Gomez-Skarmeta, Sonsoles Campuzano & Juan Modolell
Nature Reviews Neuroscience V. 4, № 7. Р.587 -598 (2003) Перевод И.Г. Лильп (lilp@mail.ru) | |
 (Рис.1.) | Genesis of a Drosophila notum macrochaeta  (Рис.2.) | Prepattern factors and signalling molecules in the notum territory of the third instar wing disc.  (Рис.3.) | Neural patterning along the dorsoventral axis of the Drosophila embryo.  (Рис.4.) | Expression of proneural and dorsoventral prepatterning genes in the vertebrate spinal cord.  (Рис.5.) | Expression of Gli2, Gli3 and Sonic Hedgehog (Shh), and spinal cord progenitor domains, in wild-type and mutant mice.  (Рис.6.) | Expression of anteroposterior prepattern genes in the developing vertebrate nervous system.  (Box.1.) | Territorial subdivision of the imaginal wing disc of Drosophila | |
LinksDATABASES | |
В 1954 г. Курт Штерн (Curt Stern) предложил концепцию нейрального препаттерна, согласно которой позиционная информация в недифференцированном эпителии детерминировала возможные области невральной дифференцировки. Успехи в области молекулярной биологии позволили развить эту концепцию. Показано, что комбинации транскрипционных факторов в частично перекрывающихся пространственнх доменах регулируют проневральные гены и, следовательно, невральную дифференцировку. Представлен обзор работ последних пяти лет, в которых были идентифицированы многие гены препаттерна (prepattern genes) и было показано, что их функции не ограничены регуляцией пронейральных генов.
Почти 50 лет назад Курт Штерн (Curt Stern) пытался решить вопрос – почему сенсорные щетинки в нотуме (спинке грудного сегмента) располагаются стереотипно? Он нашел, что ген achaeate (ac) позволяет развиваться щетинкам только в местах, в которых присутствовал предетерминированный невидимый паттерн – невральный препаттерн.
Гены achaeate-scute комплекса (ASC) кодируют основные helix–loop–helix (bHLH) транскрипционные факторы. Из-за их способности превращать клетки в невральные предшественники они получили название «проневральных» факторов. Их функции контролируются тонкими механизмами во время пространственно-временного развития. ASC содержит cis-регуляторные элементы (энхансеры или усилители), которые управляют ac и scute (sc) экспрессией в специфических сайтах.
Дорсо-центральные (DC) энхансеры «запускают» ac/sc экспрессию в проневральном кластере, который дает начало двум большим DC щетинкам. Оказалось, что транскрипционный фактор Pannier (Pnr) является прямым активатором ac/sc в DC класторе, а Apterous cofactor Chip принимает участие в регуляции ac/sc. Сигнальная молекула Decapentaplegic (Dpp) способствует образованию и определению положения DC кластера.
Гены araucan, caupolican и mirror – три родственных гомеобоксных гена Iroquois complex (Iro-C) – являются компонентами препаттерна, которые ориентируют ac/sc экспрессию в латеральных проневральных кластерах нотума.
В эмбрионе Drosophila невральное препаттернирование было изучено, главным образом, в развивающемся вентральном отделе спинного мозга (ventral cord). Градиент транскрипционного фактора Dorsal (Dl) детерминирует положение и протяженность нейроэктодермы, активируя гены неврального препаттерна и противодействуя Dpp.
В нейроэктодерме передне-задние и дорсо-вентральные гены препаттернирования проверяют «шахматную конфигурацию», которая определяет положение проневральных кластеров. Вдоль передне-задней оси такие гены как wingless, hedgehog, patched и engrailed экспрессируются в определенных рядах клеток. Три гомеобоксных гена – ventral nervous system defective, intermediate neuroblasts defective и muscle segment homeobox участвуют в установлении основных дорсальных/вентральных подструктур.
Некоторые из сигнальных молекул и факторов препаттерна, участвующих в невральной детерминации и дифференцировке, одинаковы у мух и позвоночных. Но в отличие от Drosophila, проневральные гены позвоночных не участвуют в выборе невральной и эпидермальной «судьбы».
В спинном мозге позвоночных оппозитные градиенты Sonic Hedgehog, исходящие из дна пластинки (floor plate) и нотохорды, а также скелетные морфогенетическте белки и Wnts, происходящие из крыши пластинки (roof plate) и соседней с ней не невральной ткани, активируют несколько факторов препаттерна в частично перекрывающихся доменах.
Спинной мозг подразделяется дорсо-вентрально на области, которые ограничиваются экспрессией доменов гомеобоксных генов Nkx2.2, Nkx6.1, Nkx6.2, Dbx1, Dbx2, Msx1, Pax6, Pax7 и Irx3, и bHLH гена Olig2. Дорсальные и вентральные границы доменов ограничиваются и поддерживаются посредством взаимной супрессии между парами дорзально и вентрально экспрессируемых генов.
Концепция препаттерна Штерна получила дальнейшее развитие – от набора генов, продукты которых активируют проневральные гены, до генов, которые делят территорию и комбинаторно способствуют развитию различных невральных структурных элементов.
Сайт создан в системе uCoz