Рис.2. | The segmental model of myocardial cell regionalization.
Рис.3. | Two sources of myocardial cells in the developing heart.
Рис.4. | Examples of mutant phenotypes that show first and second lineage defects.
Рис.5. | Regulatory networks in the second heart field
Табл.1Mutant phenotypes of genes that are involved in myocardial development
Roger Ilagan, Radwan Abu-Issa, Doris Brown, Yu-Ping Yang, Kai Jiao, Robert J. Schwartz, John Klingensmith and Erik N. Meyers Fgf8 is required for anterior heart field development Development 133, 2435-2445 (2006) doi:10.1242/dev.02408
In the mouse embryo, the splanchnic mesodermal cells of the anterior heart field (AHF) migrate from the pharynx to contribute to
the early myocardium of the outflow tract (OT) and right ventricle (RV). Recent studies have attempted to distinguish the AHF from
other precardiac populations, and to determine the genetic and molecular mechanisms that regulate its development. Here, we
have used an Fgf8lacZ allele to demonstrate that Fgf8 is expressed within the developing AHF. In addition, we use both a
hypomorphic Fgf8 allele (Fgf8neo) and Cre-mediated gene ablation to show that Fgf8 is essential for the survival and proliferation of
the AHF. Nkx2.5Cre is expressed in the AHF, primary heart tube and pharyngeal endoderm, while TnT-Cre is expressed only within the
specified heart tube myocardium. Deletion of Fgf8 by Nkx2.5Cre results in a significant loss of the Nkx2.5Cre lineage and severe OT
and RV truncations by E9.5, while the remaining heart chambers (left ventricle and atria) are grossly normal. These defects result
from significant decreases in cell proliferation and aberrant cell death in both the pharyngeal endoderm and splanchnic mesoderm.
By contrast, ablation of Fgf8 in the TnT-Cre domain does not result in OT or RV defects, providing strong evidence that Fgf8
expression is crucial in the pharyngeal endoderm and/or overlying splanchnic mesoderm of the AHF at a stage prior to heart tube
elongation. Analysis of downstream signaling components, such as phosphorylated-Erk and Pea3, identifies the AHF splanchnic
mesoderm itself as a target for Fgf8 signaling.
Park, E. J. et al. Required, tissue-specific roles for Fgf8 in outflow tract formation and remodeling. Development 133, 2419–2433 (2006)
Мыши, которые несут гипоморфные аллели fibroblast growth factor-8 (FGF8) , как известно обладают кардиальными дефектами. Сердце возникает из двух популяций клеток: primary heart field (PHF) дает левый желудочек, тогда как anterior heart field (AHF) вносит вклад в правый желудочек и и тракт оттока. Используя репортерные трансгены Park et al. and Ilagan et al. установили, что экспрессия Fgf8 имеет место в AHF; Park с коллегами также сообщили о низком уровне экспрессии Fgf8 в субнаборе клеток в PHF.
Используя Cre-обусловленную рекомбинацию две группы затем исследовали фенотипы, вызываемые делецией Fgf8 в субнаборах кардиальных клеток предшественников. Хотя они получили слегка отличающиеся результаты, что может быть объяснено разными экспериментальными подходами и Cre драйверами, которые были использованы, но обе группы пришли в общем-то к сходным заключениям: делеция Fgf8 в AHF ведет к тяжелым укорочениям правого желудочка и тракта оттока.
Дальнейший трансгеенный анализ и эксперименты по иммуноокрашиванию показали. что аутокриннрая передача сигналов FGF8 необходима в AHF, чтобы обеспечивать пролиферацию и жизнеспособность клеток. Ilagan et al. показали, что Ets транскрипционный фактор Pea3, известная мишень для FGF8, подавляется в отсутствие FGF8, возможно из-за редукции передачи сигналов MAPK. Park et al. показали, что потеря FGF8 приводит к снижению экспрессии гена мишени для FGF8, Erm и идентифицировали транскрипционные факторы Isl1 и Mef2c как возможные эффекторы для передачи сигналов FGF8 в AHF. Следовательно, возможно, что FGF8 способствует кардиогенезу путем активации транскрипционных сетей, которые необходимы для делений и жизнеспособности клеток.
Было бы интересно посмотреть, не участвует ли FGF8 в миграции кардиальных клеток, т.к. FGF белки могут активровать клеточную подвижность, а дефекты клеточной миграции могли. бы объяснить дефекты сердца, которые наблюдаются в FGF8-дефицитном AHF.
Сердце образуется из парных сердце-образующих полей, расположенных в передней латеральной мезодерме. Образование вентральных складок у эмбриона и рост кардиального эпителия формируют трубчатое сердце с отдельными притока (или венозным) и оттока (или артериальным) полюсами. Направленное вправо петлеобразование сердечной трубки и конвергенция полюсов притока и оттока предшествует подразделению трубчатого сердца на 4 камеры, делающим возможным возникновение отдельных системного и пульмонального (большого и малого) круга кровообращения. Во время петлеобразования сердечная трубка очень быстро растёт в длину. Миокард добавляется прогрессивно из парных сердце-формирующих областей венозного полюса. В обзоре обсуждаются три сравнительно недавние работы, описывающие новую популяцию клеток кардиальных предшественников, дающих миокард на артериальном полюсе сердца. Доказательства подтверждают существование специфической популяции предшественников для миокарда переднего полюса (названного передним или вторичным сердце-формирующим полем).
Early heart development
В раннем развитии латеральная мезодерма расщепляется на соматический и спланхнический эпителиальные слои, разделенные эмбриональным целомом. Кардиомиоциты, дифференцируются из парных сердце-формирующих полей в переднюю спланхническую мезодерму, чтобы сформировать кардиальный полумесяц (Рис. 1). Сигнальные молекулы, необходимые для инициации кардиомиогенной программы включают BMPs и FGFs, экспрессируемые подлежащей энтодермой. Транскрипционные факторы Nkx, GATA, HAND, Tbx, HRT и MADS box семейств являются наиболее ранними маркёрами кардиомиогенных клеток и действуют комбинаторно, контролируя аспекты дифференцировки. регионализации и последующего морфогенеза эмбрионального сердца. Во время 3-й недели развития человека или на ст. Е8 у мышей кардиальный эпителий передней части кардиального полумесяца формирует миокард, окружающий трубку из эндокардиальных клеток. Раннее сердце неотделимо от некардиальной спланхнической мезодермы вдоль дорсального мезокардия, который постепенно разрывается, чтобы сформировать вентральную часть сердечной трубки с задним притока или венозным полюсом и передний притока или артериальной полюс. Некардиальная спланхническая мезодерма формирует дорсальную стенку перикардиальной полости. В ответ на эмбриональные лево-правосторонние сигналы сердечная трубка подвергается направленному вправо петлеобразованию, во время которого атриальный миокард смещается кпереди, дорсально по отношению к вентрикулярным камерам в результате разрастания вентральной поверхности сердечной трубки с помощью процесса ballooning. В ходе петлеобразования сердечная трубка драматически увеличивается в длину в 4-5 раз в течение 24 ч у мышей. На венозном полюсе атриовентрикулярная, атриальная и притока области сердца дифференцируются последовательно в результате добавления клеток миокардиальных предшественников из задних частей парных полей сердца. Миокард проксимальной и дистальной части оттока (или conus и truncus), которые соединяют эмбриональный правый желудочек с аортальным мешком и артериями фарингеальных дуг, появляется на артериальном полюсе. Возникновение артериального полюса остаётся неясным.
The anterior heart-forming field
Считалось, что миокард тракта оттока возникает из популяциии клеток внекардиальных предшественников, расположенных кпереди от сердечной трубки. Изучение происхождения и дифференцировки кардиальных мышечных клеток на ст. Е8-11 у эмбрионов мыши показало, что происходит непрерывная трансформация спланхнических эпителиальных клеток в миокард не только на венозном, но и на артериальном конце сердечной трубки. Идентифицированная в фарингеальной мезодерме кпереди от ранней сердечной трубки передняя сердце-формирующая область формирует миокард области оттока или артериальный полюс сердца. Следовательно, сердце происходит из двух популяций клеток миокардиальных предшественников, которые, по-видимому, регулируются разными генетическими программами.
BUILDING THE MAMMALIAN HEART FROM TWO SOURCES OF MYOCARDIAL CELLS
Margaret Buckingham, Sigolene Meilhac, Stephane Zaffran Nature Reviews Genetics6, No 11, P. 826-837 (2005); doi:10.1038/nrg1710
Кардиогенез является чрезвычайно чувствительным процессом, любое возмущение в клетках, которые вносят вклад в формирование сердца, ведет к сердечным порокам, которые часто приводят к гибели эмбрионов. Ранее миокард рассматривали как происходящий из единого источника клеток. Однако, недавно идентифицирован второй источник миокардиальных клеток, которые вносят важный вклад в кардиальные камеры. Это важно также и для интерпретации мутантных фенотипов у мышей и для классификации и прогноза врожденных дефектов сердца у людей.
Миокардиальные клетки происходят из двух источников - классического первого поля сердца и недавно открытого второго поля сердца. Последнее было идентифицировано на базе молекулярных маркеров и отслеживания клеточных движений. Хотя локализация и вклад в сердце отличны, но это второе поле сердца выявлено у эмбрионов кур и мышей.
Два клона миокардиальных клеток вносят вклад в формирование разных регионов сердца и отличаются по своей колонизации левого желудочка и тракта оттока, соотв. Это было установлено с помощью ретроспективного клонального анализа у эмбрионов мышей.
Увеличивающееся количество маркеров демонстрирует молекулярные качественные особенности второго поля сердца. Клетки предшественники первого поля, с др. стороны, всё ещё остаются плохо изучены.
Переоценка мутантных фенотипов в контексте первого и второго полей сердца ведет к лучшему пониманию, почему отсутствие кардиального транскрипционного фактора приводит к потере или редукции определенной области сердца.
Мутации генов второго поля сердца и последовательности, которые контролируют их экспрессию выявили обширную регуляторную сеть, которая действует в этих клетках кардиальных предшественников.
Недавние находки, сделанные на эмбрионах мышей, оказали существенное влияние на интерпретацию и классификацию дефектов сердца человека. Сегодня существует тенденция анализа в контексте сегментальной модели кардиогенеза, которая теперь подкрепляется концепцией двух полей сердца и двух клонов миокардиальных клеток.
