Посещений:
Проводящая Система Сердца

Генетический Контроль

Transcriptional Regulation of Cardiac Conduction System Development: 2004 FASEB Cardiac Conduction System Minimeeting, Washington, DC
B.S.Harris , P.Y.Jay, M.S.Rackley, S.Izumo, T.X.O'Brien, R.G.Gourdie
The Anat. Rec. Part A, Vol. 280A, No 2, P. 1036-45, 2004
Atrioventricular conductive system (AVCS) существенна для координации нормальных циклов соеращений сердца (Pennisi et al., 2002; Gourdie et al., 2003; Moorman, Christopheles, 2003). Активация сердца инициируется в sinoatrial node (SAN), расположенном в соединении венозного синуса с правым предсердием, и распространяется через предсердия к атировентрикулярному соединению. Здесь активация сводится в одиночную специализированную центральную структуру, anrioventricular node (AVN). AVN действует как генератор задержки и формирует шлюз (gateway) к путям быстро проводящей ткани, которые представлены в желудочках сетями. От AVN быстрое проведение осуществляется посредством одиночного пучка Гиса, расположенного на гребне межжелудочковой перегородки, который раздваивается на левую и правую веточки пучка, направляющие сигналы к левому и правому желудочку, соотв. Эти крупные проводящие пучки затем превращаются в обширную сеть периферических волокон Пуркинье, которые заканчиваются на работающих кардиомиоцитах желудочков.
Образование AVCS во время кардиального морфогенеза происходит в результате процесса прогрессивного рекрутирования внутри мультипотентныного клона кардиомиоцитов скорее, чем в результате пролиферативного роста уже дифференцированных проводящих клеток (Guordie et al., 1995; Cheng et al., 1999). Идентифицированы транскрипционные факторы, представляющие многие подсемейства, они включают членов подсемейства цинковые пальчики, транскрипционные факторы скелетных мышц, Т-box гены и гомеодоменовые транскрипционные факторы (Табл.1).

Zinc-Finger Transcription Factors


Семейство транскрипционных факторов GATA относительно невелико по размеру, в нём только 6 членов позвоночных (Patient, McGhee, 2002). Члены этого семейства обладают связывающим доменом, состоящим или из одного или двух мотивов цинковые пальчики, соединенных с областью, богатой основными остатками, и получившей название по консенсусной последовательности, с которой они связываются, (A/T) GATA (A/G). Из 6 известных транскрипционных факторов GATA у позвоночных 3 участвуют в кардиогенезе: GATA4, -5 и -6 (Molkentin, 2000). GATA4 экспрессируется в эмбриональном и взрослом сердце мышей, целенаправленное его разрушение ведет к летальному фенотипу (Kuo et al., 1997; Narita et al., 1997). Мыши погибают примерно на 8-й день эмбрионального развития из-за сложных аномалий закрытия передней кишки и дисморфогенеза сердца, характеризуемого как cardiac bifida. У людей ген GATA4 располагается на хромосоме 8р22-23, а делеция этой области м. вызывать congenital heart disease (CHD) (Bhatia et al., 1999; Pehlivan et al., 1999). Специфические мутации, расположенные в гене GATA4 человека, обнаруживаются в больших родословных с CHD (Garg et al., 2003). Эти кардиальные дефекты часто включают дефекты межпредсердной перегородки (ASDs) и в меньшей степени дефекты межжелудочковой перегородки (VSDs) и аномалии клапанов. При мутациях GATA4 отсутствуют аномалии проводящей системы сердца. Хотя GATA4 не был описан в проводящей системе млекопитающих его присутствие выявлено в периферических волокнах Пуркинье взрослого серда кур (Takebayashi-Suzuki et al., 2001). В этом случае мРНК GATA4 локализуется в зрелых волокнах Пуркинье возле артерий на более высоких уровнях, чем в окружающем работающем миокарде. В культуре in vitro диссоциированные эмбриональные кардиомиоциты м.б. индуцированы к приобретению фенотипа волокон Пуркинье в результате продолжительного воздействия shear-стресс-индуцирующих цитокина, endothelin-1 (ET-1) (Gourdie et al., 1998; Takebayash-Suzuki et al., 2000). Используя эту парадигму, было показано. что ЕТ-1-индуцированные эмбриональные волокна Пуркинье поддерживают экспрессию GATA4, это привело к предположению, что этот ген м.б. важным для поддержания фенотипа проводящих клеток (Takebayash-Suzuki et al., 2001).
Меньше известно о функции GATA5 и GATA6, это частично обусловлено тем, что гены участвуют в раннем развитии энтодермы. GATA5 нокаутные мыши доживают до рождения, но самки обнаруживают genitourinary аномалии (Molkentin, 2000). Неожиданно целенаправленное разрушение у рыбок данио GATA5 (faust мутация) вызывает эмбриональную летальность из-за аномального развития сердца и уменьшения количества кардиомиоцитов (Reiter et al., 1999) одинаково с нулевыми аллелями GATA4 у мышей, было высказно предположение, что функция Gata4 и -5 у рыб м.б. обратной по отношению к мышам. Инактивация гена GATA6 у мышей вызывает эмбриональную гибель, но она появляется даже раньше в развитии из-за аномалий висцеральной энтодермы, что делает изучение сердца у этих мутантов невозможным (Morrisey et al., 1998; Koutsourakis et al., 1999). Хотя не установлено присутствие GATA6 в клетках AVCS, но вышестоящий энхансерный элемент, проксимальный к промотору GATA6, из генома кур, управляет экспрессией LaсZ маркёра в порции этих специализированных клеток (Davis et al., 2001). Используя фрагмент промотора cGATA6? авт. продемонстрировали экспрессию внутри развивающихся элементов центральной проводящей системы. Принимая во внимание идентичность паттернов экспрессии в AVN и проксимальных частях пучка Гиса, исключая периферические волокна Пуркинье, cGATA6 энхансер оказался важным инструментом для трансгенного анализа субкомпартментов AVCS.
HF-1b также является транскрипционным фактором цинковые пальчики, но из др. субкласса, с которым семейство GATA очень близко, SP-1 Xenopus. Целенаправленное разрушение гена HF-1b с помощью инсерции LacZ репортёрной конструкции, сделало возможным анализ патерна кардиальной экспрессии этого гена у мышей (Nguyen-Tran et al., 2000). Хотя HF-1b локализуется в развивающемся работающем миокарде на ст. Е17, относительно высокий уровень экспрессии отмечен как в центральной (AVN), так и периферической (пучок Гиса и волокна Пуркинье) проводящих тканях. дальнейший иммуногистохимический анализ индивидуальных периферических волокон Пуркинье показал, что нормальные паттерны Сх40, обычно присутствуют в этих специализированных клетках, редуцированы и дизорганизованы. Функциональные последствия таких пертурбаций анализировали электрофизиологически (используя телеметрию), было установлено, что присутствуют первый и второй AV блок вместе с тахикардией. Фактически, этот последний феномен часто предшествует внезапной кардиальной смерти. Хотя аномальное проведение у HF-1b нулевых мышей скорее всего обусловлено нарушением паттернов Сх40, но ещё неясно, если это является миокардиальным компонентом электрофзиологии или вообще дисфункции онтогенетического перехода между волокнами Пуркинье и работающими кардиомиоцитами.

Basic Helix-loop-Helix Transcription Factors


Недавние интригующие находки, что проводящие клетки экспрессируют MyoD указывают на то, что эти специализированные кардиальные клетки обладают некоторым фенотипическим сходством со скелетными мышцами (Takebayashi-Suzuki et al., 2001). MyoD является примером bHLH транскрипционного фактора. Он характеризуется законсервированным ДНК связывающим мотивом, который распознаёт 6 нуклеотидных последовательностей ДНК, известных как Е-box (Olson, 1993). Хотя этот транскрипционный фактор не описан в кардиальных мышцах, он, как было показано, присутствует и контролирует фенотип скелетных мышц посредством транскрипционных белков, которые экспрессируются сходным образом и в кардиальных и скелетных мышцах. MyoD обнаружен в изолированных эмбриональных кардиомиоцитах кур и его экспрессия усиливалась при обработке этих культур ЕТ-1, как известно, индуцирующего фенотип волокон Пуркинье in vitro (Takebayashi-Suzuki et al., 2001). Изучение экспрессии MyoD in vitro показало, что экспрессия мРНК обнаруживается со ст. Е16 в околоартериальных волокнах Пуркинье эмбрионов кур, показывая тем самым, что MyoD белок локализуется в зрелых околоартериальных волокнах Пуркинье, присутствующих во взрослом сердце кур.

T-Box Transcription Factors


N-мутантны возникли естественным образом у мышей представлены множественными аллелями в T/t комплексе на хромосоме 17, которые обусловливают фенотип короткий хвост. Мутации в гене Т дают аномалии раннего развития первичной полоски, которые в свою очередь вызывают пертурбации гаструляции, которая приводит к недостаточности мезодермальных клеток. Т-мутация, известная как Brachyury, позволила охарактеризовать первый Т-box транскрипционный фактор (Herrmann et al., 1990; Wilkinson et al., 1990). T-box гены распознают и связываются с палиндромом в 20 п.н. консенсусной последовательности ДНК специфическим образом, когда контакт с ДНК осуществляется и с большой и малой бороздой (Muller, Herrman, 1997; Papaiannu, 2001). Это семейство транскрипционных факторов с 20 членами, которое продолжает увеличиваться. Это важные эффекторы нормальных процессов формирования паттернов, ассоциированных с развитием органов (Papaionnu, 2001). Ряд Т-box генов, выявленных в развивающемся сердце позвоночных, включает Tbx1, Tbx2, Tbx3, Tbx5, Tbx12, Tbx18, Tbx20 (Horb, Thomsen, 1999; Carson et al., 2000; Yamada et al., 2000; Merscher et al., 2001; Takeuchi et al., 2003; Tanaka, Tickle, 2004). У людей CHD связаны с мутациями двух членов семейства , Tbx1 и Tbx5 (Basson et al., 1997; Li at al., 1997; Mercher et al., 2001). Еич1 локализуется в хромосоме 22q11 и делеция 1.5 Mb участка в этом локусе обусловливает фенотип, сравнимый с тем. что наблюдается у людей и такой фенотип м.б. устранён у мышей экспрессией человеческого гена Tbx1. Второй синдром у людей, связанный с др. Т-box геном является Holt-Oram syndrome (HOS), аутосомно доминантное заболевание, характеризующееся дефектами конечностей и врожденными болезнями сердца (Mori, Bruneau, 2004). В этом случае Tbx5 мутирован и кардиососудистые аномалии включают чаще всего ASDs и в меньшей степени VSDs, patent ductus arteriosus (PDA) и реже double-outlet right ventricle (DORV) и tetralogy of Fallot (TOF). Важным дл яданного обзора является находка пертурбаций кардиальной электрофизиологии, которые также встречаются, указывая на аномалии, локализующиеся в проводящей системе (Basson et al., 1994). Кстати, некоторые из 37 Tbx5 мутаций были идентифицированы и большинство из них дают укороченные белки, которые м.б. нефункциональны, указывая тем самым, что болезненное состояние скорее всего обусловлено гаплонедостаточностью Tbx5. Мышиные модели гаплонедостаточности Tbx5 очень сильно фенокопируют болезнь у человека , включая аномалии кардиальной электрофизиологии (Bruneau et al., 2001). Гетерозиготные по нулевому аллелю Tbx5 мыши имеют аномалии проводящей системы, выявляемые электрокардиограммой, как задержка PR и PQ интервала, и как первой- и второй-степени atrioventricular heart block (AVB). Точная природа дефекта в проводящей системе у Tbx5 гетерозигот до конца не изучена.

Homeodomain Transcription Factors


Эти транскрипционные факторы характеризуются одиночным гомеодоменом, ДНК связывающим мотивом. Два члена этого класса идентифицированы в кардиальной проводящей системе: Msx-2 и Nkx2-5. Три Msx гена, очень сильно напоминающие Drosophila msh, Msx-1, -2 и -3 идентифицированы у млекопитающих (Davidson, 1995). В кардиальной ткани мышей Msx-2 является нижестоящей мишенью Pax-3/splotch (Kwang et al., 2002), ключевого игрока в раннем развитии кардиального нервного гребня (Conway et al., 2000; Epstein et al., 2000); Pax3 непосредственно репрессирует Msx-2. Не обнаруживается кардиальных дефектов у Msx-2 нокаутных мышей, это указывает на некоторое перекрывание Msx генов (Satokata et al., 2000). У кур экспрессия мРНК Msx-2 обнаруживается в развивающейся проводящей системе самое раннее на ст. НН 15+, когда она обнаруживается на малом изгибе трубчатого сердца (Chan-Thomas et al., 1993). Экспресссия Msx-2 продолжается на ст. НН 27 в развивающемся AV соединении, AV кольце и на гребне межжелудочковой перегородки, областях, где развивается специализированная проводящая система (Wessels et al., 1992). На ст. НН 29 и 34 Msx-2 метка обнаруживается в развивающемся пучке Гиса и веточках пучка внутри межжелудочковой перегородки, тогда как экспрессия отсутствует в развивающихся периферических волокнах Пуркинье (Thomas et al., 2001). Это указывает на то, что Msx-2 м. вычленять популяцию кардиомиоцитов, предназначенных для рекрутирования и образования элементов ценральной проводящей системы, такиех как AVN и проксимальная часть пучка Гиса.
Второй и безусловно более важный член этого субкалсса транскрипционных факторов является NK2 класса гомеодоменовый транскрипционный фактор Nkx2-5, называемый также Csx или Tinman. У эмбрионов позвоночных Nkx2-5 локализуется внутри клеток, которые включают кардиогенную мезодерму и поэтому он считается одним из самых ранних маркёров сердце-формирующего потенциала. Функциональные исследования показали. что после гаструляции экспрессия Nkx2-5 необходима для постоянного поддержания или спецификации судьбы кардиомиогенных клеток. Отсутствие экспрессии Nkx2-5 ведет к аномальному формированию сердца у Drosophila, Xenopus и мышей (Grow, Krieg, 1998). Гомозиготные нулевые Nkx2-5 мыши нежизнеспособны и не живут позднее 10 дня после спаривания in utero (Lyone et al., 1995). Большинство погибает вскоре после петлеобразования и сердца таких животных обнаруживают изменённые паттерны экспрессии генов. Nkx2-5 экспрессируется на повышенных уровнях в формирующейся AVCS у высших позвоночных, таких как куры, мыши и даже люди (Takebayashi-Suzuki et al., 2001; Thomas et al., 2001). В самом деле, открытие гетерозиготных Nkx2-5 мутаций в популяции людей, которые имеют функциональные и структурные кардиальные аномалии, включая AV блок, подтверждает доказательства ключевой роли, которую этот транскрипционный фактор м. играть в развитии специализированной сердечной ткани (Schott et al., 1998; Benson et al., 1999; Goldmuntz et al., 2001; Gutierrez-Roelens et al., 2002; Ikeda et al., 2002; Watanabe et al., 2002; Mc Elhinney et al., 2003). Из 25 NKX2-5 мутаций, идентифицированных у людей, присутствие AV блока отмечено особенно в ассоциации с теми мутациями. которые присутствуют внутри ДНК связывающего гомеодомена (Benson et al., 1999; Gutierrez-Roelens et al., 2002). Интересно, что AV блок выявляется в течение периода постнатального созревания, было предположено, что это время прогрессивного развития болезни кардиальной проводящей системы. Сходные сердечные аномалии отмечаются у трансгенных мышей, моделирующих изветные мутации Nkx2-5 у людей (Biben et al., 2000; Kasahara et al., 2001; Wakimoto et al., 2002). В одном из исследований дефекты проведения были более выражены, когда мутантный Nkx2-5 белок экспрессировался во время плодной и постнатальной2 жизни в противоположность поздней постнатальной жизни (Wakimoto et al., 2002).
Затем было установлено, что пространственно-временной паттерн экспрессии Nkx2-5 в развивающейся AVCS демонстрирует сильную корреляцию со временем и местом рекрутирования клеток в эту сеть специализированной ткани (Thomas et al., 2001). В частности, волна усиления экспрессии Nkx2-5 совпадает с наиболее активной фазой клеточного набора в центральную AVCS, включая пучок Гиса и проксимальные части его браншей. Недавно было показано, что рекрутирование в периферическую AVCS также связано с временным увеличением и падением в относительных уровнях Nkx2-5. Более того, нарушение этого волно-образного паттерна в результате конституитивной экспрессии Nkx2-5 ведёт к дифференциальным эффектам на гены, экспрессирующиеся рано и поздно во время онтогенетического возникновения терминально дифференцированных клеток волокон Пуркинье.
Эти данные на курах согласуются с нашими недавними исследованиями на мышах, где было установлено, что Nkx2-5 гаплонедостаточность вызывает драматическое снижение количества волокон Пуркинье (Jay et al., 2004). Мы полагаем, что эти животные, которые неспособны вычленить достаточно большую популяцию клеток, которые д. рекрутироваться в развивающуюся проводящую систему. Недостаточная экспрессия Nkx2-5, обусловленная гетерозиготными мутациями или избыточная экспрессия м. нарушать дифференцировку специализированных проводящих клеток. Т.о., точная регуляция уровней экспрессии Nkx2-5 в течение критического периода времени, соотв. позднему эмбриональному и раннему постнатальному развитию, обладает потенциалом обусловливать болезни проводящей системы у взрослых животных.

Function Follows Form: Cardiac Conduction System Defects in Nkx2-5 Mutation
P.Y.Jay, B.S.Harris, A.Buerger, O.Rozhitskaya, C.T. Maguire, L.A. Barbosky, E.McCusty, C.I.Berul, T. X. O'Brien, R.G.Gourdie, S.Izumo
Anat.Rec A. Vol 280A, No. 2. P. 966-972, 2004




Defining the Role of NKX2-5 in Development of the Conduction system


Было высказано предположение, что Nkx2-5 недостаточность нарушает проводящую систему во время развития, это в свою очередь проявляется в виде дефектов проведения сигналов после рождения. Экспериментальные результаты на Nkx2-5 нокаутных мышах подтверждают эту гипотезу. Гипоплазия атриовентрикулярного узла, пучка Гиса и системы Пуркинье может объяснить целиком или частично дефекты проводимости и электрофизиологии при гаплонедостаточности Nkx2-5.

INBORN ERRORS OF THE DEVELOPMENT OF THE CONDUCTION SYSTEM AS A CAUSE OF POSTNATAL PHYSIOLOGIC DEFECTS


Изучали базу данных Department of Cardiology at Children's Hospital, Boston, содержащей диагнозы и процедуры у 59,832 пациентов с 1 January 1988 до 1 January 2002. Из 360 пациентов, которые имели в диагнозе полную блокаду сердца и анатомические дефекты, 13 имели подтверждение врожденного блока сердца с помощью ЭКГ, физической докуметации или обоих (Table 1). Ни один из 13 не имел подтверждения ЭКГ или документального остаточной атриовентрикулярной проводимости. Большинство оставшихся имели временный или благоприобретенный блок сердца. Немногие имели врожденную блокаду сердца, но убедительных доказаетельств не обнаружено.
 
Table 1. Congenital heart defects associated with congenital heart block in cardiology patients seen at Children's Hospital, Boston, 1988-2001*
Diagnosis Number Total Additional diagnoses
l-TGA 7 382
Heterotaxy 3 351 (118) Interrupted IVC
Tetralogy of Fallot 1 1,123 Down syndrome
Ventricular septal defect 1 5,319 Maternal lupus Ab+
Atrial septal defect 1 3,466 Maternal lupus Ab+
  * The most commonly associated defects were l-TGA and heterotaxy, specifically left atrial isomerism. The number of patients with an interrupted inferior vena cava, a sign of left atrial isomerism, is noted in parentheses. Tetralogy of Fallot, especially as a feature of Down syndrome, is not usually associated with congenital heart block but has been reported (Machado et al., [1988]). The two patients with a muscular ventricular septal defect and secundum atrial septal defect probably developed congenital heart block because of maternal lupus antibodies, i.e., anti-SSA/Ro and SSB/La, which do not cause congenital heart defects.


The search revealed two defects, l-transposition of the great arteries (l-TGA) and heterotaxy with left atrial isomerism, which others have previously shown to be associated with congenital heart block (Pinsky et al., [1982]; Machado et al., [1988]). In l-TGA, the right and left ventricles are reversed in their relative positions to become the systemic and pulmonary pumping chambers, respectively. In heterotaxy, the normal left- and right-sided asymmetric features of the atria, lungs, and abdominal viscera are lost. Heterotaxy patients have atria, structures, or organs on one side that resemble the opposite side, hence the terms right or left atrial isomerism. Interruption of the segment of the inferior vena cava between the liver and kidneys, as in the three patients discovered in the search, is a hallmark of left atrial isomerism. Histopathologic analyses of hearts with l-TGA (Lev et al., [1963]; Anderson et al., [1974a], [1974b]) or left atrial isomerism have demonstrated discontinuities in the atrioventricular conduction axis as a cause of congenital complete heart block (Ho et al., [1992]).

The cases highlight the relevance of specific, albeit unknown, developmental pathways in the pathogenesis of some forms of congenital heart block. The absence of heart block in other major heart defects that are frequently seen at Children's Hospital suggests the specificity of the etiologies. For example, among almost 3,000 patients who had hypoplastic left heart syndrome (n = 402), coarctation of the aorta (n = 1,271), or endocardial cushion defects (n = 1,271), none had congenital heart block. Thus, the conduction defect in l-TGA is likely related to abnormal looping rather than associated defects such as ventricular hypoplasia, ventricular septal defect, or valvular abnormalities. Likewise, endocardial cushion defects such as partial or complete common atrioventricular canal defects are a feature of heterotaxy. The pathogenesis of the conduction defect in left atrial isomerism must therefore be specific to the development of bilateral left-sidedness and not to the abnormal development of the endocardial cushions or atrioventricular canal.

Although the database search focused on patients who had complete heart block, infants with l-TGA or left atrial isomerism commonly have less severe forms of heart block that can progress. If abnormal development of the conduction system can cause postnatal conduction defects, it is not necessarily an all-or-none phenotype. The initial severity of the conduction defect is variable and can become worse. What might be considered acquired heart block could have a congenital basis.


Fig.1. Representative simultaneous surface electrocardiogram and intracardiac electrogram tracings from a wild-type (WT) and Nkx2-5+/- (HET) mouse. The onsets of the A-spike and P-wave are coincident, as are the V-spike and QRS. A, H, and V are atrial, His, and ventricular depolarization spikes. Note the small His spike in the Nkx2-5+/- tracing. 1, AH interval; 2, HV interval. Reproduced with permission from Jay et al. ([2004]).

PHYSIOLOGIC CONDUCTION DEFECTS IN NKX2-5 HAPLOINSUFFICIENT HUMANS AND A MOUSE MODEL


DNA-binding mutations of Nkx2-5 cause conduction defects in man (Table 2). The mutations were first discovered in families with heritable atrial septal and atrioventricular conduction defects. The heart block varied in severity from mild prolongation of the PR interval (first-degree block) to complete (third-degree block) and was progressive in one family (Schott et al., [1998]). Benson et al. ([1999]) subsequently identified a patient who had advanced second-degree block but no cardiac malformation. Based on electrophysiologic studies in one family, the conduction defect was localized to the AV node (Schott et al., [1998]).
 
Table 2. Conduction defects and electrophysiologic abnormalities*
Human Mouse
3 weeks 7 weeks
AV block, degree
   First + - +
   Second + - -
   Third + - -
Prolonged QRS ? + +
AH block + + +
HV block - - -
Diminished His potential ? + +
  * Reported in humans (Schott et al., [1998]) and mice (Jay et al., [2004]) with heterozygous Nkx2-5 loss of function. The presence of AH and absence of HV block in human cases are inferred based on the description of electrophysiologic abnormalities reported in one family (Schott et al., [1998]). +, reported as present; -, reported as absent; ?, not reported.


Two groups have reported the effects of homozygous loss of function in Nkx2-5 knockout mice (Lyons et al., [1995]; Tanaka et al., [1999]). The discovery of the human mutation motivated investigation of the Nkx2-5 heterozygous knockout (Nkx2-5+/-) mouse. The first report described mild first-degree block in female mutant mice only (Biben et al., [2000]). Our group has observed it in both sexes at age 7 weeks and older (Tanaka et al., [2002]; Jay et al., [2004]). The cause of the discrepant results is unknown but could be related to the temporal resolution of electrocardiogram measurements. Neither group has observed second- or third-degree heart block (Table 2).

As in humans, a defect in the AV node caused the prolongation of the PR interval in the Nkx2-5+/- mouse, based on prolongation of the AH interval on intracardiac electrogram and normal P-wave duration on the surface electrocardiogram. Rapid atrial pacing at high rates provided further evidence for reduced AV node function in the mutant. Interestingly, first-degree block and other signs of decreased AV node function were not present in 3-week-old mutant mice but were at 7 weeks (Jay et al., [2004]). The delayed development of first-degree block in the mutant mice is reminiscent of the progression of block in humans with Nkx2-5 mutation or congenital heart defects such as l-TGA and heterotaxy.

After a delay in the AV node, conduction progresses through the His bundle. Using an octapolar electrode catheter that passed from the internal jugular vein to the right atrium and ventricle, we could measure atrial, His, and ventricular depolarization simultaneously. In blinded studies, the His depolarization signal was noted to be markedly diminished or absent in a subset of mice (Table 2) (Jay et al., [2004]). The small or absent His signal correlated exactly with the Nkx2-5+/- genotype in studies of about 100 animals ranging in age from 3 weeks to 1 year; all wild-type mice had clearly detectable His signals (Рис. 1).

The His bundle bifurcates into the left and right bundles, which in turn branch into the peripheral Purkinje network. Depolarization of the ventricles begins at the Purkinje-contractile myocyte junction. Conduction through the His-Purkinje system is represented by the HV interval on the intracardiac electrogram. The QRS interval on the surface electrocardiogram, which begins with the onset of the ventricular spike on the intracardiac electrogram, marks the time required to depolarize the entire contractile myocardium after the Purkinje system. Conduction velocity through the Nkx2-5+/- bundle branches and to the Purkinje-myocyte junction was normal, as indicated by the normal HV interval. The QRS was mildly prolonged in mutant mice at all ages examined. The HV and QRS data together indicate that the delay results from an abnormality at or distal to the Purkinje-contractile myocyte junction.
Fig. 2. MinK-lacZ expression in wild-type and homozygous or heterozygous Nkx2-5 knockout animals reveals hypoplasia of the central and peripheral conduction systems. At E9.5, the progenitors of the AV node are seen as blue cells at the inner curvature of the heart tube in WT embryos (a; arrow) but nowhere seen in the atrioventricular region of the null mutant (b; arrow). The somites stain normally, suggesting that Nkx2-5 is not required for transcription (arrowhead). The AV node (c and d), His bundle (e and f), and peripheral Purkinje network (g and h) are all hypocellular in the Nkx2-5+/- heart (d, f, and h) compared to the wild type (c, e, and g). Adapted from Jay et al. ([2004]).
Дефекты анатомии и проведения, ассоциированные с мутациями Nkx2-5 описаны достаточно хорошо, но точная механистическая роль Nkx2-5 в патогенезе каждого из специфических дефектов остаётся неясной. Обнаружение, что ряд клеток в проводящей системе связан с дозой гена Nkx2-5 создаёт важный импульс. Базируясь на современном понимании развития проводящей системы теоретически возможны 4 общих механизма, с помощью которых Nkx2-5 м. действовать. Т.к. отсутствует существенная пролиферация когда клетки рекрутируются в проводящую систему, то снижение в этой системе клеток у мутантных Nkx2-5 животных м.б. результатом или снижения рекрутирования или повышенной потери.
Уменьшение рекрутирования при Nkx2-5 недостаточности м.б. результатом трёх возможностей. Nkx2-5 м. регулировать спецификацию небольшой популяции клеток, которые формируют очаг для рекрутирования др. миоцитов (Рис. 3а). Нет убедительных доказательств такой популяции, но м. предполагать, что такие пре-специфицированные клетки м. существовать, чтобы сформировать AV узел? исходя из паттерна экспрессии cGATA6-lacZ трансгена в прекардиальной мезодерме и миокарде атриовентрикулярного канала (Davis et al., 2001). Альтернативно, Nkx2-5 м. регулировать экспрессию предполагаемого индуктивного сигнала (Рис. 3b), который инструктуирует плюрипотентные миоциты присоединяться к развивающемуся узлу или волокнам, или реакцию на сигнал. Доза Nkx2-5 гена , следовательно, д.б. важной для формирования проводящей системы или плюрипотентных миоцитов.
Будучи однажды рекрутированными некоторые миоциты в или около развивающейся проводящей системы подвергаются апоптозу (Cheng et al.,2002).
Nkx2-5 гаплонедостаточные сердца м. терять миоциты, как только они вступают в проводящую систему (Рис. 3d).



Figure 3. Hypothetical models of Nkx2-5 action in the development of the conduction system. a: Nkx2-5 specifies the number of cells that serve as the nidus for formation of the conduction system. Nkx2-5 regulates (b) the expression of an inductive signal or (c) the response to the signal. d: Nkx2-5 enhances the survival of cells in the conduction system.

Апоптоз м. объяснить прогрессирование от от слабого до полного атриовентрикулярного блока, обнаруживаемого у пациентов с мутациями Nkx2-5 (Schott et al., 1998). Нет прямых указаний, которые бы демонстрировали больший апоптоз или потери в проводящих миоцитов у Nkx2-5 гетерозигот или у желудочками ограниченного условного нокаута Nkx2-5 (Pashmforoush et al., 2004). Необходимо TUNEL окрашивание или подсчёт количества клеток в проводящей системе эмбрионов и у мышей разных возрастов. Т.к. количество клеток в проводящей системе скорее всего фиксировано при рождении, то рост постнатального сердца м. вызывать то, что выглядит как потеря клеток или сокращение AV узла, пучка или волокон.
Помимо онтогенетических процессов, м. также спросить, какие специфические гены регулирует Nkx2-5. Немногие гены известны, которые м. б. важны для развития проводящей системы, мы не знаем ни одного, который м.б. мишенью для Nkx2-5. Предварительные данные показали, что Wnt11, который усиливает свою активность в развивающейся системе кур (Bond et al., 2003) не экспрессируется дифференциально в сердце Nkx2-5+/- эмбрионов. Msx2, который экспрессируется в развивающейся проводящей системе кур и атриовентрикулярном миокарде мышей, аномально усиливает свою активность у Nkx2-5 нулевых мутантных эмбрионов (Chan-Thompson et al., 1993; Tanaka et al., 1999). Отсутствие Msx2, однако, не влияет на проводимость сердца или на нормализацию Nkx2-5+/- условных дефектов.
Сайт создан в системе uCoz