Фундаментальным вопросом нейробиологии развития является вопрос о том, каким образом образуется нужное число нейронов и глии в нужное время и, таким образом, достигаются нужные размеры и форма центральной нервной системы. Авторы статьи представили доказательства важной роли Hes семейства basic helix–loop–helix факторов в регуляции размеров, клеточного состава и даже целостности мозга.

Самыми ранними стволовыми клетками в нервной трубке являются нейроэпителиальные клетки, пролиферирующие в результате серий симметричных делений. У мышей примерно на 8.5 день эмбрионального развития (E8.5) эти клетки начинают приобретать признаки радиальной глии. Во время следующей фазы нейроногенеза клетки радиальной глии делятся асимметрично, в результате чего образуются нейроны и более многочисленная радиальная глия.

Гены Hes1 и Hes5 кодируют эффекторы Notch сигнального пути и активно экспрессируются в эмбриональной ЦНС. Предварительные исследования указывали на то, что эти гены необходимы для поддержания стволовых нервных клеток, однако нокаут любого одного из этих генов не приводил к значительным изменениям фенотипа. Возможно, это было связано с тем, что данные гены частично компенсируют друг друга. Авторы исследовали эффекты инактивации обоих генов.

У Hes1;Hes5 двойных мутантов нейроэпителиальные клетки развивались нормально и начинали формировать радиальную глию. Однако к Е9.5 большая часть радиальной глии в вентральной нервной трубке замещалась сферическими клетками, экспрессирующими нейрон-специфические маркеры, а к Е10.5 (в это время эмбрионы начинают гибнуть) поражение достигает и дорсальной нервной трубки. Так как доказательств повышенной клеточной гибели получено не было, авторы заключили, что радиальная глия преждевременно дифференцировалась в нейроны. Наиболее значительные нарушения наблюдали в заднем и спинном мозге, но некоторые дефекты наблюдали и в передних областях мозга. Например, в переднем мозге не развивались глазные пузыри.

Апикальные соединения (apical junctions) и базальный слой (basal lamina) нервной трубки также были нарушены уHes1;Hes5 двойных мутантов. Это давало возможность клеткам проникать в окружающие ткани или в просвет нервной трубки. Удаление радиальной глии у эмбрионов дикого типа имело сходный эффект. А это указывало на то, что радиальная глия необходима для поддержания целостности внутренних и внешних стенок ЦНС.

Так как у Hes1;Hes5 двойных мутантов нейроэпителиальные клетки на начальных этапах развивались нормально, авторы предположили существование других Hes генов, способных компенсировать утрату функций этих генов на ранних стадиях развития. Наиболее вероятным кандидатом на эту роль оказался ген Hes3, экспрессирующийся уже на стадии Е8 в эмбриональном мозге. У Hes1;Hes3;Hes5 тройных мутантных эмбрионов образование нейроэпителиальных клеток имело место, однако у них отсутствовали свойства стволовых клеток и многие нейроэпителиальные клетки дифференцировались в нейроны на Е8.5. На стадии Е9.5 большинство клеток вентрального спинного мозга дифференцировались в нейроны и фактически вся радиальная глия превращалась в нейроны к Е10.0.

Hatakeyama et al. предположили, что Hes1 и Hes3 необходимы для поддержания нейроэпителиальной популяции клеток, а Hes1 и Hes5 (и в некоторой степени Hes3) отвечают за поддержание радиальной глии. Радиальная глия должна оставаться в состоянии нейроногенеза в течение определенного периода для обеспечения образования соответствующего числа нейронов, после этого периода она переходит в состояние глиогенеза. При отсутствии функции гена Hes доставка стволовых клеток истощается задолго до переключения радиальной глии в состояние глиогенеза.

Таким образом, гены Hes, контролируя время клеточной дифференцировки участвуют в формировании структур мозга - их формы, размера и клеточного окружения. Данные, полученные авторами свидетельствуют о том, что эмбриональные нервные стволовые клетки меняют свои свойства во времени в следующем порядке: Hes-независимые нейроэпителиальные клетки, транзиторные Hes-зависимые нейроэпителиальные клетки и Hes-зависимые клетки радиальной глии.

См. также: