Loss of the Tg737 Protein Results in Skeletal Patterning Defects Dev.Dyn. 2003, V. 227, No 1, P.78-9- | |
|
В ранних зачатках конечностей мышей экспрессия Tg737 выявлялась во всей мезенхиме и постепенно концентрировалась в предхрящевых кондесатах на более поздних стадиях развития. Было установлено, что дефекты в мутантной Tg737orpk конечности не связанаы с изменениями экспрессии генов Shh, Ihh, HoxD11-13, Patched, BMPs или Glis. Сходным образом и мутантны Tg737δ2-3βGal не обнаруживали изменений экспрессии Shh. Однако у обоих аллелей Fgf4 эктопически экспрессировался в переденем апикальном гребне. Всё это указывает на дозовый эффект Tg737 в зачатке конечности и что полидактилия не зависит от неправильной экспрессии Shh.
|
Во время развития конечности презумптивная мезенхима зачатка конечности индуцирует в лежащей поверх эктодерме apical ectodermal ridge (AER), необходимый для роста конечности. Белки, которые обеспечивают передачу сигналов от AER, это Fgf4 и Fgf8, экспрессируемые в AER, а трансплантированные кусочки смоченные этими факторами м. замещать AER после его удаления. Fgfs влияют на формирование паттерна конечности, ингибируя апоптоз, регулируя пролиферацию, направляя хемотаксис и с помощью регуляции активности щелевых содеинений. Предложены две модели того, как AER регулирует морфогенез конечностей. Согласно одно из них AER поддерживает соседнюю мезенхиму в области, наз. прогрессивной зоной (PZ) в митотически активном состоянии, тогда как клетки более дистальные по отношению а AER начинают дифференцироваться. Т.о., AER м. управлять формированием проксимо-дистального паттерна за счёт величины времени, проведенной в PZ. Однако имеющиеся данные указывают на то, что большинство сегментов конечности закладывается рано в виде групп клеток предшественников, которые затем подвергаются селективной AER-управляемой экспансии. Мезенхима почки конечности играет также роль в установлении паттерна. Область задней части почки конечности, наз. зоной поляризующей активности (ZPA) влияет на закладку передне-задней оси. Медиатором активности ZPA скорее всего является белок sonic hedgehog (Shh), т.к. его домен экспрессии ко-локализуется с ZPA , а эктопическая экспрессия Shh на переднем крае зачатка кончности коррелирует с индукцией дополнительных пальцев.
Влияние AER и ZPA на формирование паттерна конечности обеспечивается посредством регуляции экспрессии генов в мезенхиме почки конечности. Потенциальными мишенями являются гены кластера HoxD, т.к. их экспрессия индуцируется с помощью Shh и они аберантно экспрессируются у мышей и цыплят с дефектами конечностей. HoxD гены обычно экспрессируются в виде передне-заднего паттерна, так что гены, локализованные ближе всего к 3' экспрессируются более кпереди, чем те, что локализованые ближе к 5' в кластере. Мутации в HoxD генах (D11, D12 и D13) не вызывают гомеозисных трансформаций пальцева скорее локальные уродства по длине, форме и количеству костей в конечности.
Помимо Нох генов AER м ZPA регулируют также членов семейства Gli. Gli1 и Gli3 экспрессия регулируется с помощью Shh и эти гены часто экспрессируются эктопически у мутантов с полидактилией. Полудоминантная мутация extra toes (xt) является внутригенной делецией в Gli3. Гетерозиготы xt имеют преаксиальные удвоения одиночных пальцев, тогда как гомозиготы имеют до 8 пальцев на отдельной конечности. Образование добавочных пальцев у гомозигот ассоциирует с с экспансией экспрессии HoxD13 и эктопическоей переденей экспрессией Shh.
Идентифицированы многочисленные секретируемые сигнальные молекулы, чья функция необходима для формирования нормального паттерна конечности.Часто эти молекулы высвобождаются из сигнальных центров и, как полагают, формируют градиенты в почке конечностей , вызывающие изменения в экспрессии генов и формируют паттерн конечности. Выяснение процессов, с помощью которых клетки в почке конечности детерминируют свою судьбу, требует молекулярного и клеточного анализа новых мутантов, которые возникают в езультате дефектов в рецепторах или др. несекретируемых белках, которые действуют клеточно автономно. Одним из таких мутантов скорее всего и является Oak Ridge Polycystic Kidney (Tg737orpk) мутация мышей. Ген Tg737 кодирует белок, наз. polaris, который локализуется в базальных тельцах и цилиях и необходим для сборки ресничек. Гомозиготные Tg737orpk мыши образуют сложную серию патологий, включая почки, печень, головной мозг, семенники, глаза, панкреас и скелет. Мы охарактеризовали скелетные дефекты, которые включают черепно-лицевые аномалии, расщепление нёба, добавочные зубы и преаксиальные удвоения одного пальца. Установлено, что это гипоморфный аллель, тогда как мутация Tg737δ2-3βGal является нулевой. Гомозиготы по Tg737δ2-3βGal погибают в середине беременности и обнаруживают случайные лево-правосторонние спецификации тела, отсутствие закрытия нервной трубки и выраженную экспрансию переден-задней оси в зачатках конечностей и до 8 пальцев на каждой из конечностей.
Патологические состояния почек и печени детально описаны у обоих типов мутантов, тогда как скелетные аномалии не были охарактеризованы. В данной работе продемонстрирована роль Tg737 в формировании скелетного паттерна и исследованы возможные мханизмы скелетной патологииУдивительно, но мы не выявили изменений в экспрессии Shh у обоих мутантных аллелей, даже когда присотствовало 8 пальцев. Однако в обеих мутантных линиях эктопически экспресировался Fgf4 на переднем крае почки конечности. Предполагается, что эта неправильная экспрессия Fgf4 и ведет к патологическому состоянию в конечностях, независимому от эктопической активции Shh. Предполагается, что реснички м. играть роль в формировании нормального паттерна конечностей.
Экспрессия Tg737 наблюдается во всей конечности, следовательно,
вряд ли он функционирует как часть ZPA или AER или участвует в позиционировании этих организующих центров, как это предполагается для Gli3, dHand и Alx4. Этот ген не действует также непосредственно ниже Shh/ Скорее экспрессия Еп737 выглядит всё более сконцентрированной в презумптивных пальцах, хотя это м. отражать увеличение плотности клеток скорее, чем действительное усиление экспрессии.
В большинстве случаев преаксиальной полидактилияи Shh эктопически экспрессируется на передней части зачатка конечности. Правда у мутантов Doublefoot кур др. член семейства hedgehog эктопически экспрессируется на места Shh и увсех подобных мутантов Shh регулирует гены Bmp2, Gli, а 5' HoxD гены аберантно экспрессируются. У наших мутантов мы не выявили изменений в экспрессии Shh или нижестощих под ним генов. Но мы наблюдали домен эктопической экспрессиии Fgf4? который очень невелик и временный у Tg737orpkб но постоянен у Tg737δ2-3βGal мутантов. Уровень экспрессии Fgf4 в этом домене, по-видимому, коррелирует с локализацией и степенью удвоений пальцев. Неясно, как подобная эктопическая экспрессиия м. вести к удвоениям. Возможно эти изменения обусловлены нарушениями в распределении клеток внутри конечности, вызываемые альтерациями клеточных хемотактических свойств в клетках. чувствительных к Fgf4.
Пока нельзя исключить возможность, что нарушенный белок polaris у Tg737 мутантов играет множественные роли, но данные позволют предположить, что первичной функцией его является сборка ресничек. В случае гидроцефалии, слепоты, стерильности, situs inversus и кистоза почек у этих мутантов патология связана с дефектами ресницек (cilia).
Polaris является высоко законсервированным белком, содержащим тетратрикопептидный мотив, ключевой компонент частиц intraflagellar transport (IFT). ШАЕ частицы ассоциируют с с кинезином-II (KIF3A и KIF3B) и IFT динеиновым комплексом и обеспечивает транспорт "грузовых" белков вдоль ресничек в обоих направлениях. Показано, что белок действительно находится в ресничках и что он мигрирует со скоростью, соответствующей таковой у IFT частиц.
Известно, что мутации в двух субъединицах (KIF3A и KIF3B) гетеротримерного кинезин II комплекса, который обеспечивает антероградное перемещение IFT частиц, транспортируют также пузырьки и органеллы. Как и у Tg737δ2-3βGal мутантов мутантны KIF3A и KIF3B также вызывают случайную спецификацию лево-правосторонней оси, хотя не описаны у них аномалии конечностей., возможно из-за ранней гибели. Имеются и такие мутации, как fused toes (Ft), inversus viscerum or legless (iv/lgl), соттучшт-43 (Поф1) и Shh? которые обладют нарушениями паттерна лево-правостороней оси и аномалиями коненостей. Белок, отвественный за iv у мышей локализуется в ресничках и имеются дефекты в функции ресничек. Имеются правда и многочисленные мутации лево-правосторонней оси, такие как forkhead homologue 4 (FFH-4, FoxJ1) , inversin (inv), delta-1 (dll), polycystin-2 (pkd-2)? а также синдромы у людей, такие как Kartagener's или primfry ciliary dyskinesia, которые не имеют дополнительно дефектов в конечностях.
Какова возможная связь между ресничками и формированием паттерна скелета. Хотя известно, что реснички присутствуют на хондроцитах, остеоцитах, хряще и некоторых мезенхимных клетках, функция их неясна. Возможно.ж что в хондроцитах реснички (cikia) действуют как "cellular cybernetic probes that receive and transduce extrinsic signals"? n/r наблюдались прямые контакт цилий с внеклеточным матриксом и что в езультате подобных контактов происходит deflection аксонем. Возможна также ассоциация между этими органеллами и полярностью мезенхимных клеток. Если реснички присутствуют и на мезенхимных клетках в зачатке конечности, то они должны содержать важную сенсорную кухню (machinery), необходимую для определения сигналов или для взаимодействия с внеклеточным матриксом, что позволет клетке реагировать на окружающую среду. FGFR1 недавно были выявлены в cilia эпителия трахей обезьян. Т.о., если дефекты, наблюдаеые в мутантных Tg737 конечностях, обнаруживаются и в др. тканях, то значит, что сенсорная machnery позиционирована неправильно в разультате чего нарушется рекрутировние клеток или миграция, и как следствие аномалии формирования скелетного паттерна.
|