Cell fate specification and competence by Coco, a maternal BMP, TGF and Wnt inhibitor. Development 130, 1381-1389 (2003) | |
 (илл.1.) | Xenopus embryos injected with Coco mRNA in one cell of the four-cell stage embryo. The asterisk shows an extra ectopic head. Courtesy of E. Bell, Rockefeller University, New York, USA. |
Быть или не быть - вот в чем вопрос, стоящий перед клетками на ранних стадиях развития эмбриона Xenopus. Кем станут клетки - эктодермой, мезодермой или эндодермой определится в конце гаструляции. Известно, что некоторые гены, экспрессирующиеся в зиготе, играют определенную роль в индукции мезодермы и эндодермы. Но до сих пор только экспрессирующиеся материнские гены (которые уже были идентифицированы) обнаружили мезодерма-индуцирующие свойства. Исследования привели к предположению о возможности существования генов, которые мешают эктодермальным клеткам (которые впоследствии становятся нервными или эпидермальными) стать мезодермой. То есть, возможно, что у эмбриона проявляется раннее действие мезодермального ингибитора. До настоящего времени кандидатов на эту роль не находилось. Мезодерма-ингибирующий фактор Cereberus -- пока единственный, экспрессирующийся в зиготе и на поздних стадиях развития. Авторы описали биологические и биохимические характеристики секретируемого фактора Coco и предположили, что Coco обладает свойствами ингибитора мезодермы, экспрессируемого материнским геномом.
В развивающемся эмбрионе детерминация клеточной судьбы определяется экспрессией генов, вызывающих индукцию определенного клеточного типа, то есть прямым путем. При непрямом пути один фактор ингибирует другой фактор, предотвращая, таким образом, действие второго фактора на индукцию специфических клеточных типов. Примером является Nodal генVg1, который индуцируется клетками становящимися мезодермой, и Cerberus, индуцирующийся нервной тканью и эктодермой посредством блокирования Nodal сигналов и ингибированием экспрессии мезодермальных маркеров (таких как Xnr1 ) и скелетными морфогенетическими белками (BMPs ).
Bell с соавт. идентифицировали Coco при скринировании генов, регулируемых TGFβ-ингибитором Smad7 и обнаружили, что он имеет гомологию с Cerberus/Dan/Gremlin суперсемейства BMP ингибиторами. In situ гибридизация и RT-PCR анализ показали, что Coco является уникальным членом этого семейства белков, так как он экспрессируется материнским геномом и представлен in an animal-vegetal gradient в яйце. Мезодермальные индукторы, такие как Vg1, и Xnr1 экспрессировались in a vegetal-animal gradient. При развитии эмбриона экспрессия становилась ограниченной to the animal pole, тогда как Vg1 оставался in the vegetal pole, чтобы индуцировать гены, такие как, например, brachyury. Поэтому экспрессия паттерна Coco уже детерминирована, но каковы его функции?
При исследованиях in vivo и animal-cap эксплантантов, инъекции Coco мРНК в эмбрион на двухклеточной стадии предотвращали экспрессию мезодермальных маркеров brachyury и Fgf8 в самом начале гаструляции, даже в тех случаях, когда одновременно инъецировали BMPs, TGFβs и Wnts. Авторы предположили, что Coco репрессирует эти мезодермальные индукторы путем блокирования BMP and TGFβ сигналов в эктодерме. Чтобы понять механизм, лежащий в основе этого эффекта, они инъецировали Coco мРНК с Wnt8 и Bmp4 прмоторами. Такие совместные инъекции показали полное ингибирование транскрипционной активации и Wnt8 и Bmp4. Иммуннопреципитация Coco Bmp4 и Xnr1 в дальнейшем показала, что Coco может непосредственно взаимодействовать с BMP/ TGFβ белками. Для проверки специфичности такого взаимодействия Coco инъецировали в присутствии другой сигнальной молекулы, фактора роста фибробластов (FGF), который, как оказалось, не предотвращал образование мезодермы. Поэтому действие Coco не глобальное, а специфическое для отдельных сигнальных молекул.
Фенотипы эмбриона Xenopus, со сверхэкспрессией Coco показал, что этот фактор действует как эктодермальный индуктор. Эмбрионы, которым инъецировали Coco мРНК in the animal pole, обнаруживали расширенные передние структуры и эктопические cement glands на tadpole стадии. После инъекций in the vegetal pole 75% эмбрионов имели дополнительные голово-подобные структуры, содержащие ткани переднего и среднего мозга, а некоторые даже единственный глаз.
Bell с соавт. описали биологическое действие Coco и возможные механизмы, лежащие в основе его воздействия на развивающийся эмбрион. На следующем этапе авторы предполагают подтвердить свои находки в экспериментах с использованием метода loss-of-function.
|