Посещений:
Проводящая Система Сердца

Энхансер GATA-6

GATA-6 gene enhancer contains nested regulatory Modules for primary myocardium and the embedded nascent atrioventricular conduction system
R.F.Adamo, C.L.Guay, A.V.Edwards, A.Wessels, J.B.E. Burch
Anat. Rec. A. - 2004. - V. 280, # 2, P. 1062-71

Энхансер гена cGATA-6 считывает позиционную информацию очень рано и остаётся активным во всё более и более ограничивающихся областях первичного миокарда, приводя к развитию гистологически самостоятельной атриовентрикулярной проводящей системы (AVCS). Было установлено, что этот AVCS энхансер содержит модуль в 102 п. н. , который достаточен для ограничения экспрессии энхансера первичным миокардом, не входящим в состав камер сердца. Было показано, что этот модуль в 102 п.н. в свою очередь содержит стержневой модуль в 47 п.н., который обладает потенциалом направлять экспрессию специфически в AVCS домен первичного миокарда, хотя и с низкой эффективностью. Установлено, что GATA связывающий сайт и богатый GC сайт в области в 102 п.н. усиливает активность модуля в 47 п.н.


Рис.1.  |  Название

Проводящая система сердца (ПСС) состоит из нескольких гистологически и функционально отличающихся единиц (Moorman et al., 1998; Gourdie et al., 1999). Siniatrial node (SAN) ответственен за генерацию импульсов в сино-атриальном соединении. Эти импульсы распространяются электрически связанные (coupled) атриальные миоциты, но затем они задерживаются в atrioventricular (AV) соединении с помощью AV node (AVN) и AV bundle (AVB), чтобы позволить желудочкам заполниться, когда предсердия сокращены. Импульсы затем быстро проводятся по левой и правой ветви, а система Пуркинье обеспечивает сочетанные сокращения желудочков.
C помощью мечения ретровирусами и др. техник установлено, что клетки проводящей системы происходят из клеток миокарда (Cheng et al., 1999) только в случае периферической ПСС оказалось возможным заставить миокардиальные клетки приобретать фенотип клеток ПСС в определенных условиях. В частности, тот факт, что волокна Пуркинье расположены вблизи коронарных артерий в сердце кур привело Gourdie et al (1999) к мысли протестировать, не могут ли нативные вентикулярные миокардиальные клетки быть индуцированы экспрессировать маркёры клеток Пуркинье в ответ на факторы, которые обычно секретируются эндотелиальными клетками, возникающими поблизости. И в самом деле, в серии экспериментов они показали, что endothelin-1 (ET-1) выполняет такую роль. Более того, они установили, что регулируемая экспрессия ET-converting enzyme 1 (ECE-1) осуществляет др. уровень контроля для гарантии, что это решающее инструктивное событие соотв. ограничено ранними стадиями морфогенеза сердца (Hall, Gourdie, 1995; Takebayashi-Suzuki et al., 2000).
Rentschler et al.,(2002) продемонстрировали, что фактор, секретируемый эндотелиальными клетками мышей, neuregulin 1 (NRG-1), скорее всего, м. индуцировать дифференцировку вентрикулярных миокардиальных клеток мыши в быстро-проводящие клетки ПСС. На сердцах мышей и кур в дальнейшем было показано, что присущий вентрикулярным миоцитам внутренний потенциал приобретать ПСС фенотипы в ответ на такие внешние факторы онтогенетически ограничен. Молекулярные пути, которые трансдуцируют эти сигналы, индуцируют соотв. маркёрные гены, компоненты ПСС, и рекрутируют затронутые клетки в вентрикулярную ПСС сердца кур и мышей, ещё предстоит выявить.
Были идентифицированы две контрольные области для atrioventricular conduction system (AVCS). Одна из них, это промотор гена cardiac troponin I (cTnI) она обнаруживает AVCS специфичность в субнаборе трансгенных линий, которые содержат определенную конструкцию cTnI/lacZ (Di Lisi et al., 2000). Однако, в др. случае эта конструкция экспрессировалась более широко внутри сердца, в некоторых случаях рекапитулируя пан-кардиальную экспрессию эндогенного гена cTnI (Di Lisi et asl., 1998; Habets et al., 2002). Др. контрольной областью явилась область энхансера гена GATA-6 (Davis et al., 2001; Edwards et al., 2003). В то время как эти две контрольные области м. управлять сходными паттернами экспрессии трансгена между Е9.5 и Е13.5, GATA-6/lacZ трансген экспрессируется раньше, чем cTnI/lacZ трансген, и продолжает экспрессироваться в AVCS у эмбрионов поздних стадий и взрослых мышей. Поэтому была предпринята попытка проанализировать этот энхансер гена GATA-6. Было установлено, что значительное количество информации каким-то образом зашифровано внутри 47 п.н. стержневого модуля этого энхансера. Кроме того, было установлено, что этот специфичный для AVCS стержневой модуль сам внедрен внутрь субдомена в 102 п.н. энхансера, который активен в первичном миокарде, не относящимся к камерам сердца. Это согласуется с доказательствами, что AVCS происходит из первичного, но не камерного миокарда.

Discussion


minK/lacZ knoсk-in линия (Kondo et al., 2003) и CSS/lacZ enchancer trap линия (Rentscher et al., 2001), обе маркируют значительные порции ПСС в развивающемся сердце. Энхансеры, которые управляют этими паттернами пан-ПСС экспрессии не были картированы и любая попытка сделать это для minK/lacZ линии оказывалась неудачной благодаря тому, что эндогенный minK ген экспрессируется более широко, чем трансген, даже будучи вставлен в эндогенных minK локус (Kondo et al., 2003). Сходным образом, хотя несколько cTnI/lacZ трансгенных линий селективно маркируют AVCS в сердцах эмбрионов, др. линии, которые содержат эту трансгенную конструкцию, экспрессируют её более широко внутри или даже по всему сердцу (Вш Lisi et al., 2000; Habets et al., 2002). Напротив Cx40/EGFP knock-in линия обнаружила преимущества в том, что эндогенный ген Cx40 экспрессируется в периферической ПСС, а также в предсердии (Miquerol et al., 2003).
Демонстрация, что определенный фрагмент гена GATA-6 м. рутинно управлять экспрессией репортёрного гена в развивающейся AVCS, создаёт дополнительные преимущества. Он даёт средство для определения молекулярной архитектуры энхансера AVCS. Он также предоставляет средство для экспрессии др. генов в развивающейся AVCS. Напр., трансгенные мыши, которые экспрессируют Cre recombinase, под контролем этого энхансера м.б. использованы для условной делеции генов мишеней в развивающейся AVCS (Davis et al., 2001).
В то время как компоненты вентрикулярной ПСС происходят из миокарда камер, клетки, которые соединяются , чтобы сформировать SAN в соединении правого предсердия и правой верхней полой вены, а также клетки, которые формируют AVN в дорсальном аспекте AV канала, происходят из первичного миокарда. Фундаментально разные концептуальные остовы (framework) м.б. необходимы для объяснения того, как эти несопоставимые компоненты узлов специфицируются по отношению к более удалённым компонентам ПСС (Moorman , Lamers, 1999; Moorman, Christoffels, 2003; Hoogaars et al., 2004). напр., клетки узлов ПСС сохраняют многие функциональные и фенотипические признаки раннего эмбрионального миокарда и не являются предметом событий транскрипционного репрограммирования, которые происходят в субнаборе первичных миокардиальных клеток, которые оказываются инкорпорированы в миокард формирующихся камер. Вентрикулярные компоненты ПСС происходят из миокардиальных клеток, которые сначала оказываются предназаначены стать клетками камер скорее, чем узелковыми, более того, которые были специфицированы скорее как вентрикулярный миокард скорее, чем атриальный. Возникновение SAN и AVN, однако, скорее всего зависит от первичного миокарда, паттерн которого был соответственно сформирован и избежал инструктирования стать миокардом камер. В этой связи м.б. важным то, что AVCS энхансер гена GATA-6 способен считывать позиционную информацию вдоль передне-задней и медиально-латеральной осей до образования сердечной трубки и , следовательно, до появления миокарда камер, который , в свою очередь, м.б. индуцирован к экспрессии маркёров вентрикулярной ПСС. Мы пришли к выводу на основании паттерна экспрессии, что потенциал образования клеток узла AVCS м.б. ограничен очень рано в кардиогенной программе образования регионально отличающихся субнаборов первичного миокарда.
Некоторые недавние исследования продемонстрировали роль ограниченных сердцем транскрипционных факторов в предопределении судьбы производных первичного поля сердца, а также в рекрутировании дополнительных популяций миокардиальных клеток на атриальном и венозном полюсах сердца. Так, было установлено, что Tbx2 и Tbx3 каждый может репрессировать камер-специфические программы экспрессии генов в первичном миокарде ( т.е. в миокарде с функциональными и фенотипическими свойствами первичной сердечной трубки), тогда как Tbx5, с др. стороны, позитивно регулирует камер-специфические гены, такие как ANF и Сх40 в предсердиях и желудочках (Haberts et al., 2002; Christoffeles et al., 2004; Hoogaars et al., 2004). Эти ограниченные регионами сердца транскрипционные Т-box факторы действуют в своих соотв. контекстах в комбинации с пан-кардиальным фактором Nkx2.5. Т.к. компоненты узелка AVCS возникают в областях первичного миокарда, а периферические сегменты (веточки пучка и система Пуркинье) возникают в вентрикулярном миокарде, то нет ничего неожиданного в том. что развитие и функция этих в корне отличных компонентов ПСС в обоих случаях зависят от соотв. уровней экспрессии Nkx2.5 и этих Т-box факторов. Гаплонедостаточность Nkx2.5 или Tbx5 (Holt-Oram гена)у мышей вызывает дефекты ФМ проведения, а также дефекты межпредсердной перегородки (Bruneau et al., 2001; Jay et al., 2004). Более того, используя minK knock-in мышей в качестве маркёра ПСС, оказалось возможным определить структурные дефекты в ПСС у моделей Nkx2.5 гаплонедостаточности (Jay уе al., 2004).
Lh/ транскрипционным фактором, участвующим в патогенезе аномалий сердца человека является GATA-4 (Garg et al., 2003). GATA-4 м. соединяться с Tbx5 и это взаимодействие, как было показано, существенно для образования перегородки между предсердиями, хотя оно, по-видимому, не нужно для образования или функционирования ПСС. В свете последних негативных результатов, наша находка, что GATA сайт является важным элементом энхансера AVCS v/ показаться довольно неожиданной. Однако, важно помнить, что несколько GATA факторов экспрессируются в сердце (Laverriere et al., 1994; Parmacek, Leiden, 1999; Molkentin, 2000) и любой из них м.б. достаточным, чтобы продуктинво использовать энхансер AVCS. Альтеранативная возможность в том, что ограниченный сердцем GATA фактор, иной нежелеи GATA-4 ( напр., GATA-6) только и м.б. необходимым лоя эктивации этого энхансера. Во всяком случае, т.к. GATA-4 и GATA-6 широко экспрессируются в сердце, как в первичном, так и камерном миокарде, то не ясно, как любой из этих факторов м. объяснить дифференциальную активность энхансера в AVCS клетках сердца. Однако, нельзя исключить возможность, что фактор GATA экспрессируется на каких-то разных уровнях в AVCS по сравнению с др. областями сердца. Имеются преценденты. когда незнавительные отличия в уровнях транскрипционного фактора оказывались критическими для регулшяции гена. Альтернативная возможность заключается в том, что факторы GATA м.б. модифицированы в ответ на разные пути передачи сигналов (Liang et al., 2001; Kerkela et al., 2002)? что м. иметь отношение к кактивности энхансера AVCS. Наконец, ограниченные сердцем GATA факторы м. кооперировать с факторами, огранчинными специфическими регионами сердца, чтобы регулировать экспрессию AVCS генов, подобно той роли, которую выполняют Nkx2.5 и Т-box факторы, соотв., чтобы регулировать камер-специфические гены (Habets et al., 2002).
М. ли дифференциально экспрессирующиеся факторы в AVCS клетках быть способными синергично действовать с факторами GATA, чтобы регулировать дифференциально этот AVCS энхансер? одним из таких факторов кандидатов является HF-1b/SP4 (Nguyen-Tran et al., 2000), интерсно отметить, что др. член этого семейства, SP1, м. связываться с GATA-4 и GATA-6 факторами (Fluck, Miller, 2004). Более того, мыши, лишенные HF-1b/SP4, имеют дефекты ПСС, включая AV блок (Nguyen-Tran et al., 2000). С др. стороны, SP3 экспрессируется повсеместно и во многих случаях действует как транскрипционный репрессор (Suske, 1999). Т.о., возможно, что SP3 или фактор со сходными связывающими свойствами, действительно м. репрессировать AVCS энхансер в не-AVCS клетках сердца и , следовательно, м. участвовать в дифференциальной регуляции этого энхансера, специфичного для данной области сердца.
В свете представленных доказательств, что GATA факторы регулируют этот AVCS энхансер, следует отметить, что GATA факторы сходным образом регулируют и cTnI промотор (Di Lisi et al., 1998), хотя ещё необходимо установить, являются ли эти результаты по трансфекции свойственны AVCS-специфичной или сердце-специфичной активности промотора cTnI у трансгенных мышей.
Сайт создан в системе uCoz