Канонический Wnt путь представлен эволюционно законсервированными клеточными компонентами и контролирует пролиферацию клеток и детерминацию клеточной судьбы посредством индуцированных изменений в экспрессии генов. Ключевым событием является является регуляция стабильности β-катенина путем контроля состояния его фосфорилирования (Рис. 1). Если Wnts отсутствуют, то β-катенин фосфорилируется по своему N-концу с помощью GSK-3β b помещается в "деструкционный" комплекс в месте с axin и adematous poliposis coli (APC) в цитозоль. Фосфорилированный β-катенин распознаётся с помощью F-box белка β-TrCP, который направляет β-катенин на деградацию. Когда Wnt лиганд связан со своими рецепторами Frizzled и LDL receptor related protein 5 or 6 (LRP5/6), то активируется Dishevelled (Dsh), а активность GSK-3β супрессируется. В результате β-катенин не фосфорилируется и β-TrCP не м. направить его на деградацию. Накопившийся β-катенинин превращает lymphoid enchancer factor (LEF)/TCF из транскрипционного репрессора в активатор. Т.о., в каноническом пути Wnt, Wnts регулируют уровни β-катенинина и тем самым обеспечивается транскрипция с помощью LEF/TCF (Рис. 1).
Некоторые Wnts сигналы посредством неканонического Wnt пути, не связанном с β-катенином, регулируют планарную полярность клеток (РСР) у дрозофилы, хотя всё ещё неясно неясно, любой ли Wnt лиганд дрозофилы необходим на этом пути. РСР означает полярность клеток в плоскости эпителия, напр.. параллельная ориентация волосков и щетинок на поверхности муъх. Установление клеточной полярности является центральным биологическим событием. РСР путь регулирует морфологию, движение, деления и др. функции клеток. У позвоночных неканонический Wnt путь становится ещё сложнее и участвуе в разнообразных онтогенетических процесса, таких как гаструляционные движения конвергирующих расширений, стереоцилии волосковых клеток внутреннего уха, формирование дорсо-вентрального паттерн, разделение ткани и индукция сердца. Подобно РСР пути у дрозофилы Wnt лиганды, такие как Wnt11, необходимы у позвоночных во время конвергентного расширения. Внутри клеток неканонические Wnt пути, как было показано, активируют С-Jun N-terminal kinase (JNK), приток Са
2+ и малые, а возможнои тримерные G белки (Рис. 1). Неканонические Wnt пути также нуждаются в Frizzled в качестве рецепторов, а ко-рецептолром является протеогликановый белок Knypek (Kny). Помимо этого Dsh, который содержит функциональные домены DIX, PDZ и DEP, участвует также в трансдукции неканонических Wnt сигналов. Кажется, что функция Dsh различна в каноническом и неканониеском Wnt пути. Во-первых, DIX и PDX домены необходимы в каноническом пути, тогда как домены PDZ и DEP необходимы в неканоническом пути. Во-вторых, Dsh нуждается, чтобы быть локализованным в клеточной мембране посредством своего DEP домена только в неканоническом пути. Канонический и неканонический пути расходятся ещё больше ниже Dsh? подлежащие механизмы неканонического Wnt пути совершенно отличны. В РСР пути Pricle связывает Dsh, который активирует JNK и малые GTPases, такие как RhoA, чтобы регулировать экспресиию генов и цитоскелетное распределение. Во время конвергентного расширения эмбрионов позвоночных Daam1, который связывает и Dsh и RhoA, необходим для активации RhoA? тогда как активация Rac с помощью Wnts и Dsh не нуждается в Daam1 и м. предшествовать активации JNK (Рис. 1). Кроме того, Prickle (Pk) и strabismus (Stbm), два важных компонента пути РСР, соединяются др. с др.и оба с Dsh. Эти взаимодействия м.б. важны для локализации поляризующего белка во время передачи сигналов РСР (Рис. 1).
Показано, что некоторые Wnts, включая Wnt5a и Цте11б м. перадавать сигналы через Wnt/Ca
2+ genm? который регулирует приток Са
2+ и чувствительные к кальцтю протеин киназы и транскрипционные факторы, такие как РКС, CaMKII и NF-AT. Недавно было предположено, что Dsh? также как и некоторые др. компоентны РСР пути, также м. стимулировать приток Са
2+, очевидно, что имеется некоторое перекрывание между Wnt/Ca
2+ gen`v и РСР путём. Кроме того было предположжено, что Wnt5a-активируемая внутриклеточная мобилизация кальция м. использовать гетеротримерны G белки (Рис. 1).
В отличие от канонического Wnt сигнального пути, исследования неканонического пути во время развития сдерживались отсутствием пригодных методов, кроме того ни одна из мишеней не является специфической только для неканонических Wnt путей.
Wnt5 гомолог у дрозофилы гена Wnt5a позвоночных, который часто передаёт сигналы с помошью неканонического пути, как было установлено, передаёт сигналы через атипичнфй тирозин киназный рецептор Derailed (Drl) при ведении нейрональных аксонов у дрозофилы. Внеклеточный домен Drl и его гомолога у позвоночных Ryk содержат домен Wnt inhibitory factor (WIF), который соединяется с Wnts. Неожиданно "стержневые компоненты" Wnt пути Frizzled и Dsh оказалаись ненужными для активности Wnt5a's при наведении аксонов. Более того, орфановые тирозин киназные рецепторы Ror1 и Ror2 также содержат Frizzled-подобные Wnt связывающие домены в их внеклеточной части, которая, как было установлено, соединяется с Wnt5a, Wnt11 и Wnt8. Т.к. Ror2-/- и Wnt5a-/- мыши имеют сходные онтогенетические дефекты хряща, то существует формальная возможность, что Wnt5a также м. передавать сигналы через Ror2 рецепоры. В подтверждение этому XRor2 действует синергично с Xwnt5a, Xwnt11 и XFrizzled 7 в ингибировании конвергентного расширения у эмбрионов Xenopus.
Показано, что разные Wnt пути взаимодействуют др. с др. Напр., канонические путь передачи сигналов Wnt индуцирует своих собственных ингибиторов Axin2 и Naked Cuticle (Nkd), которые соединяются с Dsh и усиливают передачу сигналов РСР за счёт активации JNK. C др. стороны, некоторые компоненты в пути РСР и Wnt/Ca
2+ ингибируют каноническую передечу сигналов Wnt. Избыточная экспрессиия Prikle у Xenopus ингибирует TOP-Flash активность в 293 клетках. Более получены генетические доказательства того, что предача сигналов Wnt5a м.действовать как ингибитор канонической передачи сигналов Wnt у азвивающихся эмбрионов мыши и рыбок данио. Это ингибирование канонического пути обеспечивается за счёт способствования деградации β-пути независимым от GSK-3β способом.
WNT Signaling during Limb Initiation
В развивающейся почке конечности канонический путь передачи сигналов Wnt контролирует многие онтогенетическиепроцессы.Почка конечности первонаально формируется в результате взаимодействиуй между fibroblast growth factor (Fgf) и
передачей сигналов Wnt, причем оба взаимодействуют с нижестоящим Т-бокс транскрипционным фактором Tbx5 и Tbx4 в развивающихся передених и задних конечностях, соотв. Экспрессия Fgf10, Lef1 и Tcf1 в проспективном поле конечности у эмбрионов Tbx5-/- теряется, а экспрессия Tbx5 не меняется у Lef1-/-;Tcf-/- и Fgfr2-/- эмбрионов. Кроме того, эмбрионы Fgf10-/-,Fgfr2-/- и Lef1-/-;Tcf1-/- мышей формируют почки конечностей, хотя они значительно меньше по сравнению с диким типом, однако Tbx5-/- и Tbx4-/- эмбрионы никогда не формируют соотв. почек передних и задних конечностей. Однако сигналы Wnt действуют сочетанно с Tbx5, чтобы активировать полностью экспрессию Fgf10 в развивающихся зачатках конечностей. Один Tbx5 м. активировать экспрессию Fgf10, тогда как канонический Wnt сигнал поддерживает высокие уровни экспрессии Fgf10 во время инициации конечности.
В почках конечностей эмбрионов кур Wnt2b в презумбптивной области передних конечностей и Wnt8c в презумптивной области задних конечностей передают сигналы через β-катенин/TCF, чтобы поддерживать экспрессию Fgf10 в латеральной пластинке мезодермы (LPM) на уровнях презумптивных конечностей. Однако сходные паттерны экспрессии для Wnt2b, Wnt8c и др. Wnts не были выявлены в инициальной стадии конечностей эмбрионов мыши. Следовательно, неясно, м. ли какой-нибудь Wnt лиганд экспрессироваться в ранней LPM или промежуточной мезодерме прежде, чем будут сформированы почки конечностей, т.е. быть необходимым для инициации зачтка коенчности. Пока нельзя исключить возможности, что Wnt лиганд, ответственный за каноническую передачу сигналов во время инициации конечности, секретируется с поверхности эктодермы. Так, Tbx5 и Fgf10? также как и Wnt3, первоначально экспрессируются в более широкой области, чем та, что соответствует презумптивной почке конечности, скорее всего, что Tbx5 непрямо активирует экспрессию Wnt3. Это м. подчеркиваться ещё больше передачей сигналов Fgf10 с помощью позитивной петли обратной связи между Wnt3 и Fgf10 (Рис. 2). В самом деле было показано, что Wnt3 необходим для инициации конечности. Удаление Wnt3 из эктодермы конечности фкнокопирует Fgf10-/- и Lef1-/-;Tcf-/- мышей, у которые скорее всего отсутсвуют все канонические Wnt активности в презумптивной области конечности. Т.к. и Lef1 и Tcf1 экспрессипрубются в мезодерме кончности, то возможно, что Wnt3 экспрессируется в эктодерме конечностей и передаёт сигналы внутри эктодермы, чтобы индуцировать образование АЭГ, и в мезодерму конечности, чтобы способствовать экспрессии Fgf10 (Рис. 2). Альтернативно, Fgf10 действует, активируя и поддерживая экспрессиию Wnt3 при индукции АЭГ, это согласуется с преобладающим мнением.
АЭГ, специализированная эктодермальная структура, индуцируется в месте соединения дорсальной и вентральной эктодермы на дистальном конце конечности сразу за образованием почки конечности, он продуцирует ростовые факторы, такие как Fgf8 и Fgf4, чтобы способствовать росту вдоль проксимо-дистальной оси. Fgf8, нижестоящая мишень для пути передачи сигналов Wnt3/β-катенина в АЭГ, формирует позитивную петлю обратной связи с Fgf10. Эта петля обратной связи существенна для роста конечности в прокисмо-дистальном направлении (Рис. 2). Строгая экспрессия LacZ, обнаруживаемая в АЭГ в канонической передаче сигналов Wnt у репортерных мышей BAT-gal и TOPGAL, согласуется с потребностью в канонической передаче сигналов Wnt при образовании АЭГ. Лиганд Wnt? необходимый для этого процесса, это Wnt3 у мышей и Wnt3a у эмбрионов кур. Первоначально широкая экспрессия Wnt3a быстро ограничивается областью АЭГ у эмбрионов кур, а Wnt3 экспрессия повсеместна в эктодерме конечности. Однако передача сигналов Wnt3 необходима только в вентральной части эктодермы конечности для образования АЭГ. Т.к. АЭГ происходит из ранней вентральной эктодермы, то удаление активности β-катенина только из вентральной эктодермы эмбрионов мыши ведет к фенотипу, сходному с тем, что вызывается при специфическом удалении из эктодермы конечности Wnt3. Различия в реакции Wnt3 между дорсальной и вентральной частями эктодермы конечности согласуются с мнением, что индукция и собственно позиционирование АЭГ нуждается собственно в дорсо-вентральном соприкосновении (juxtaposition) эктодермы зачатка конечности. Однако дорсальная эктодерма является компетентной отвечать на каноничеакий путь передачи сигналов Wnt, чтобы активировать образование АЭГ, т.к. эктопическая экспрессия Wnt3a или активированного β-катенина у эмбрионов кур или мышей в зачатке конечности ведет к эктопическому образованию АЭГ и на дорсальной и на вентральной эктодерме. Следовательно, более сильные сигналы Wnt необходимы для образования АЭГ в дорсальной эктодерме, это, по-видимому, связано с присутствием специфических дорсальных ингибиторов или специфических вентральных активаторов канонического пути передачи сигналов Wnt.
Образование АЭГ интимно связно с формированием дорсо-вентрального паттерна эктодермы конечности. Т.к. каноническая передача сигналов Wbt нуждается также в вышестоящем Engrailed 1 (En1) в вентральной части эктодермы для предопределения судьбы вентральной части конечности, то дефекты образования АЭГ у конечность-специфических мутантов Wnt3 или β-катенина м.б. результатом неспособности собственно формирования паттерна вентральной эктодермы. Эта гипотеза согласуется с наблюдением, что образование зрелого АЭГ связано с конвергенцией широко распространённых клеток вентральных предшественников в направлении дорсо-вентральной границы поля конечности; экспрессия генов-маркёров АЭГ, таких как Fgf8 первоначально обнаруживается в широком домене удолщенной вентральной эктодермы (пре-АЭГ) и постепенно становится всё более ограниченной по мере созревания АЭГ на дистальном крае у эмбрионов мыши. Кроме того, эта гипотеза предсказывает, что активированная каноническая передача сигналво Wntне способствует образованияю АЭГ в отсутствии собственно образования доро-вентрального паттерна конености. Однако, если конституитивно активный β-катенин (ΔNβ-catenin) экспрессируется в дорзализованной конечности мыши, обусловленной удалением BMPRIA в вентральной эктодерме, то эктопическая экспрессия АЭГ маркёра (Fgf8) активируется как в кончености дикого типа, но дефект образования дорсо-вентпрального паттерна не устраняется. Эти результаты демонстрируют, что формирование АЭГ и дорсо-вентрального паттерна с помощью кононической передачи сигналов Wnt являются независимыми др. от др.
Др. эктодермального происхождения лигандом Wnt, который м. играть роль в образовании АЭГ, является Wbt7a. В отличие от Wnt3, Wnt7a экспрессируется специфически в дорсальной чати эктодермы конечности и наиболее важной ролью Wnt7a является формирование дорсо-вентрального паттерна за счёт контроля экспрессии Lmx1b, который кодирует LIM-гомеодоменовый транскрипционный фактор, который детерминирует судьбу дорсальных мезодермальных клеток в конечности. Эндогенное образование АЭГ происходит нормально в конечностях Wnt7a-/- мышей. Но в зачатках конечностей En1-/- формируется эктопический АЭГ на границе между клетками, экспрессирующими и не экспрессирующими Wnt7a, следовательно, Wnt7a необходим для такого эктопического образования АЭГ. Кроме того, эктопическое соприкосновение дорсальной и вентральной эктодермы конечности индуцирует образования АЭГ. Эктопическая экспрессия En1 и маркёра АЭГ, Fgf8, индуцированная с помощью эктопической передачи сигналов ВМР только в дорсальной эктодерме в непрекрывающихся, но соседних доменах, подчёркивает важность сопоставления дорсальной и вентральной эктодермы при образовании АЭГ. Напротив, передача сигналов Wnt7a в мезодерме конечности, по-видимому, не участвут в формировании АЭГ, т.к. образование АЭГ оказывется нормальным в вентрализованных Lmx1b-/- конечностях. Эти результатф позволяют предположить, что Wnt7a v/ также передавать сигналы внутрь дорсальной эктодермы, чтобы обеспечить дифференциальную реакцию на сигналы Wnt3 в дорсальной и вентральной эктодерме, это безусловно ведет к формированию АЭГ на дорсо-вентральной границе. Эта активность Wnt7a во время инициации формирования конечности м. перекрываться др. Wnt в поверхностной эктодерме, это подтверждается наблюдением, что экспрессия Lmx1b в раннем зачатке конечности, не меняется в отсутствии Wnt7a, и объясняет, почему образование эндогенного АЭГ не нуждается в Wnt7a. Неясно, передаётся ли эта эктодерм-специфическая активность Wnt7a через канонический путь передачи сигналов Wnt.
WNT Signaling in Limb Patterning
Во второй фазе развития конечностей, когда устанавливаются три сигнальных центра, АЭГ необходим непосредственно для проксимо-дистального роста и формирования паттерна конечности. Он косвенно также поддерживает экспрессию Shh в PGF благодаря позитивной петле обратной связи между Shh и Fgf4, экспрессируемыми в АЭГ. Кроме того каноническая передача сигналов Wnt необходима в это время для поддержания АЭГ. Во-первых, АЭГ образуется, но не поддерживается, если β-катенин устраняется несколько позже в развитии корнечности. Во-вторых, активность и структура АЭГ изменяется в ответ на изменения канонической передачи сигналов Wnt. Dkk1 кодирует секретируемый антагонист, специфический для канонического Wnt genb? и экспрессируется в АЭГ развивающегося зачатка конечности. У Dkk1-/- эмбрионов мыши экспрессия FGF8 в АЭГ сильнее и распространяется как дорсально, так и вентрально в почке конечности как результат активации канонической передачи сигналов Wnt. Кроме того, Lrp6 является ко-рецептором Wnt, необходимым для канонической передачи сигналов Wnt. У Lrp6-/- эмбрионов экспрессия Fgf8 существенно снижена, это указывает на то, что АЭГ дегенерирует преждевременно в результате ослабления канонической передачи сигналов Wnt. Всё это указывает на то, что после образования АЭГ собственно модуляция силы канонической передачи сигналов Wnt необходима для поддержания нормальной функции и структуры АЭГ (Рис. 3А).
Wnt7a в эктодерме конечности передаёт сигналы подлежащей мезодерме, чтобы поддерживать дорсальную судьбу клеток и экспрессию Shh в дистальной части зачатка конечности (Рис. 3А, В). Дорсализующая актвность Wnt7a в мезодерме конечности обеспечивается посредством неканонического Wnt genb? n/r/ потеря β-катенина или LEF1/TCF1 в конечности даёт в результате дорсализованную конечность и вентрально распространившуюся экспресссию Lmx1b. Однако передача сигналов Wnt7a в регуляции экспрессии Shh не зависит от его дорсализующей активности, т.к. экспрессия Shh нормальна в конечностях Lmx1b-/-. Т.к. экспрессия Axin2 и Nkd, транскрипционных мишеней и антагонистов канонической передачи сигналов Wnt, чётко показывает дорсальное предпочтение в мезодерме конечности, но пока неизвестно зависит ли экспрессия Axin2 и Nkd от передачи сигналов Wnt7a и β-катенина и участвуют ли они в формировании дорсо-вентрального паттерна, экспрессии Shh или в установлении различий между дорсальной и вентральной эктодермой в ответ на передачу сигналов Wnt3.
WNT Signaling during Latr Limb Mophogenesis
В результате сложной сети сигнальных событий, управляющих ростом и формированием паттерна, происходит детерминация позиции и морфологии индивидаульных структур конечности, включая мышцы, сухожилия и скелетные элементы. Напр., эти структры всегда изменяются в соответствии с изменениями в формировании дорсо-вентрального или передене-заднего паттерна конечности, как результат манипулирования с передачей сигналов Wnt7a, En1, β-catenin или Shh. Однако Wnts, как и др. сигнальные молекулы, действует также и "локально", чтобы еконтролировать морфогенез специфических тканей в кончности, такиех как мускулатура, синовиальные суставы, хрящи и кости. не влияя на глобальное формирование паттерна конечности.
WNT Signaling in Myoblast Differentiation in the Limb
Мышечные клетки в конечностях дифференцируются из премиогенных клеток, мигрировавших из латеральных частей дермомиотомов, где они возникают. Эти премиогенные клетки специфицируются с помощью Wnts, секретируемых из соседней нервной трубки и лежащей поверх поверхностной эктодермы посредством индукции Рах3, скорее всего с помошью канонического сигнального пути. Установлено, что FGFs и Scatter factor (SF), называемый также hepatocyte growth factor (HGF), в латеральной пластинке мезодермы передают сигналы в сомиты, регулируя эпителиально-мезенхимный переход латеральной части дермомиотома и последующую направленную миграцию этих мышечных предшественников в направлении почки конечности, которая контролируется с помошью Рах3 и Lbx1, соотв. Недавно было показано, что экспрессия Lbx1, а , следовательно, и способность миогенных предшественнико мигрировать в конечность, контролируются как внтренними, так и внешними сигналами. Внутренне присущие сигналы обеспечиваются с помощью сигналов, которые формируют передне-задний паттерн оси тела, тогда как внкшние импулься исходят из развивающегося зачатка конечности. Однако, внешние сигналы. идентифицированные как Fgf4 в АЭГ, по-видимому, действуют путём репрограммирования внутренне присущего формирования передене-заднего паттерна в аксиальной мезодерме. Пока неясно, существуют ли какие-либо др. сигналные факторы в АЭГ конечности, которые также активируют экспрессию Дич1ию Т.к. было показано, что Wnts в эктодерме коненчости индуцируют NT-3 в подлежащей мезенхиме, то Wnts м. регулировать рост и наведение аксонов, контролируя экспрессию NT-3 в конечности. Хотя сигналы Wingless м. участвовать в регуляции экспрессии Lbx у дрозофилы, пока не установлено, что Wnt affrnjhs из поверхностной эктодермы конечности также играют роль в экспрессии Дич1 и миграции мышц.
Как только премиогенные клетки вступают в конечность они начинаю миогенную дифференцировку благодря выключению экспрессии Рах3 и Lbx1, и активации экспрессии миогенных регуляторынх факторов (MRF) Myf5 и MyoD. Имеются противоречивые данные, указывающие на необходимость в канонической передаче сигналов Wnt в индукции миогенной дифференцировки в конечностях. Во-первых, Wnt белки достаточны и необходимы для активации Myf5 и MyoD и дифференцировки мышечных клеток в эксплантах параксиальной мезодермы мышей, также как и взрослых стволовых клеток. Во-вторых. β-катенин достаточен и необходим для миогенной дифференцировки плюрипотентных клеток р19 эмбриорнальной карциномы. В-третьих, блокирование канонической передачи сигналов Wnt ведет к снижению количества миоцитов в зачатке конечности эмбрионов кур. Однако т.к. Wnt лиганд, ответственный за такую миогенную активность ещё не идентифицирован в конечности, то остаётся возможность, что дифференцировака в миоциты экспрессирующих Рах3 премиогенных клеток в конечности происходит независимо или даже ингибируется канонической передачей сигналов Wnt. Это подтверждается тем, что линии миогенных клеток L8, C2 и их производные, в которых повышена активность β-катенина, ингибруют, тогда как снижение активности β-катенина, способствует дифференцировке в миоциты. Возможно, что точная функция β-катенина зависит от клеточного контекста и варьирует на разных миогенных стадиях. Удаление β-катенина из клеток, экспрессирующих Рах3, в конечности в точные временные интрвалы позволит выяснить этот вопрос.
Окончательно дифференцированные миобласты в меделенные или быстрые мышечные волокна bv.n разные метаболические активности и содержат разные изоформы миофибриллярных сократительных белков, таких как тяжёлая цепь миозина (VYC)/ Специфическая комбинация медленных и быстрых мышечных волокон в каждой мышце предопределяет её функцию. Так, в зачатках коненостей у эмбрионов кур было показано, что спецификация медленных и быстрых мышечых трубок происходит с помощью внешних и внутренних механизмов. Более того, члены семейства Wnt? такие как Wnt5a и Wnt11 м. использоваться для инструктирования по детерминации судьбы медленных и быстрых мышечных волокон, возможно с помощью неканоническго Wht пути. В развивающихся конечностях эмбрионов кур Wnt11 экспрессируется в периферической мезходерме конечности, где происходит дифференцировка мделенных мышечных волокон. Избыточная экспрессия Wnt11 способствует дифференцировке мделенных мышечных волокон с вытеснением быстрых волокон, тогда как избыточная экспрессия Wnt5a или активированного CaMK II оказывает противоположный эффект (Рис. 4А). Изучение спецификации мышечных волокон у Wnt11-/- или Wnt5a-/- эмбринов мышей необходимо для подтверждения их участия в спецификации мышечных волокон.
Известно, что взрослые мышечные стволовые клетки индуцируются к дифференцировке в миобласты с помощью канонической передачи сигналов Wnt. Это указывает на то, что генерация и регенерация скелетных мышц управляется с помошью общих механизмов.
WNT Signaling in Long Bone Development
Формирование длинных костей в развивающейся конечности контролируется механизмом, наз. эндохондральной оссификацией, при котором мезенхимные клетки конденсируюдтся и затем дифференцируются в хондроциты и остеобласты, чтобы сформировать будущий хрящ и кость. Передача сигналов Wnt контролирует несколько ключевых онтогенетических процессов во время морфогенеза склета в конечности: дифференцировку хондроцитов из мезенхимных конденсатов; образование суставов между разными склетеными сегментами; пролиферацию и созревание хорндроцитов и остеобластов.
Многосубпенчатый процесс эндохондрального образования кости начинается с хондрогенной дифференцировке из мезенхимных предшественников с помошью образования клеточных конденсатов. Установлено, что каноническая передача сигналов Wnt супрессирует хондрогенную дифференцировку из такиех предшественников в мезенхимных конденсатах, а экспрессия Wnt1, Wnt7a, Wnt14 и конституитивно активный β-катенин ингибируют дифференцировку хондроцитов. Напротив, как было установлено, Wnt5a способствует дифференцировке хондроцитов в дистальной ч асти зачатка коенчности путём ингибирования активности канонических Wnts. Наиболее сильная экспрессия Wnt5a наблюдается в дистальной части почки конечности (Рис. 4А). У Wnt5a-/- эмбрионов мыши хондрогенез в дистальной части конечности ингибирован в результате увеличивается каноническая передача сигналов Wnt. Пока неясно, как хондрогенная дифференцировка супрессируется с помощью канонической передачи сигналов Wnt.
Мезенхимные конденсаты маркированы усилением активности N-cadherin, которая постепенно подавляется с началом старта дифференцировки хондроцитов. Нарушения функции N-cadherin приводит в результате к нарушению клеточной конденсации и хондрогенеза, как in vivo , так и in vitro . Кроме того, избыточная экспрессия N-cadherin дикого типа усиливает мезенхимную конденсацию и дифференцировку хондроцитов, тогда как мутантная форма N-cadherin, лишенная или внеклеточного домена или цитоплазматического домена, уменьшает конденсацию клеток и дифференцировку хондроцитов. Более того, Sox9, транскрипционный фактор с HMG-box LYR связывающим доменом, необходим для детерминации судьбы хондроцитов, т.к. кончности мышей, лишенные Sox9, неспособны формироовать хондроциты. Sox9 первоначально экспрессируется в конденсированной мезенхиме, а позденее во всех хондроцитах, за исключением гипертрофических хондроцитов. Однако точные внутриклеточные пути, с помощь которых передача сигналов Wnt и N-cadherin регулирует экспрессию Sox9 и дифференцировку хорндроцитов, неизвестны, хотя имеются указания на участие активация МАР киназы и АР-1 транскрипционного комплекса . Т.к. β-катенин соединяется с N-cadherin, то возможно, что N-cadherin м. передавать сигналы, взаимодействуя с канонической передачей сигналов Wnt в хондрогенных мезенхимных конденсатах.
В развивающихся конечностях вскоре после возникновнеия хондроцитов хрящевые элемнты удлинняются за счёт пролиферации хондроцитов вдоль продольной оси. Элонгация, по-видимому, коррели hetn с дифференцировкой надкостницы на периферии хрящевого элемента, где возникают остеобласты. Удлиннение хряща сопровождается ветвлением и сегментацией, чтобы сформировать дополнительные скелетные элементы. Напр. , ответвление и сегментация ведет к образвованию плечевой, радиальной и ульнарной кости. Wnt14, по-ви димому, играет центральную роль в инициации образования синовиальных суставов в конечностях эмбрионов кур. Wnt14 экспрессируется в клетках сустав-формирующей промежуточной зоны до сегментации хряща (Рис. 4В). Эктопическая экспрессия Wnt14 в зачатках конечностей эмбрионов кур индуцирует морфологические и молекулярные изменения в хондроцитах, характереные для первой ствпени образования сустава, такие как экспрессия Gdf5. днако, т.к. некоторые др. Wnts, такие как Wnt4 и Wnt5a также экспрессируются в будущей области сустава, то было бы интересно определить какие Wnt(s) и какие Wnt пути необходимы для индукции синовиальных суставов.
Передача сигналов Wnt участвует также в болезнях с дегенерацией суставов, таких как ревматоидные артриты. Экспрессия Wnt14 в синовиальных суставах персистирует длительное время, вплоть до рождения. Мутации в гене WISP3, который кодирует подсемейство Wnt1-induced signaling protein (WISP) из семейства
connective tissue growth factor (СЕПА) ассоциируют с аутосомно рецессивным скелетным нарушением progressive pseudorheumatoid dysplasia (PPD). PPD пациенты обычно имеют признаки и симптомы болезни уже в раннем детстве, а с возрастом признаки потери хряща и деструкции кости наравтают. Хрящ, по-видимоу, является первичной затрагиваемой тканью, тк. обнаруживается аномальная организация хондроцитов в ростовой зоне. Дальнейшее понимание функции и механизма передачи сигналов Wnt14 в формировании составов и дифференцировке хондроцитов позволит понять не только развитие синовилальных сставов, но и их поддержание, что очень важно для предупреждения и лечения и ревматоидных артритов и остеоартритов.
В хряще дифференцированные хондроциты выполняют тонко контролируемую онтогенетическую программу, которая включает однонаправленную пролиферацию, конверсию в гипертрофические хондроциты, кальцификацию внеклеточного матрикса и клеточную гибель, которые сопровождают формирование трабекулярной кости (Рис. 4С). На молекулярном уровне ряд секретируемых полипептидов, такиех как Ihh, PTHrP, BMPS, FGF18 и Wnts, как изсестно, кооперативно регулируют скорость пролиферации хондроцитов, гипертрофию и дифференцировку остеобластов в перихондрии/периостии. Ihh экспрессируется в пре-гипертрофических хондроцитах. Он не только является ключевым регулятором пролиферации и дифференцировки хорндроцитов, но необходим для экспрессии Cbfa1, который кодирует Runt доменовый транскрипционный фактор, необходимый для дифференцировки остеобластов. Пока неясно, необходим ли канонический путь Wnt для регуляции пролиферации и дифференцировки хондроцитов, на что указывают опубликованные результаты по избыточной экспрессии. Экспрессия β-катенина высокая в прехондрогенных мезенхимных клетках, но значительно снижается в дифференцированных хондроцитах. Если конституитивно активный β-катенин избыточно экспрессируется в культивируемых хондроцитах цыплят, то хондроцитарный фенотип и экспрессия Sox9 и ColII теряется. Но в развивающейся поске конечности эмбрионов кур избыточная экспрессия Цте4 или постоянно активного β-катенина способствует гипертрофии хондроцитов, тогда как экспрессия Wnt антогониста, Frzb-1, вызывает в результате задержку гипертрофии хондроцитов. Более того, избыточная экспрессия, вызываемая у цыплят, не позволяет сранивать с потерей функции у мышей. Очевидно, что гипертрофия хондроцитов задерживается в конечностях мышей Dkk1-/-, у которых каноническая передача сигналов Wnt усилена. Возможно, что эти расхождения м. просто отражать тот факт, что функция канонической передачи сигналов Wnt а дифференцированных хондроцитах стадио- и доза-зависима и что избыточно экспрессирующийся Frzb-1 м. блокировать несколько разных путей Wnt.
В противопоожность каноническому пути, Wnt5a, по-видимоу, действующий на неканоническом пути, необходим для скоординированной пролиферации и дифференцировки хондроцитов , чтобы гарантировать продольный рост длинных костей. При избыточной экспресссии Wnt5a в хондроцитах мыши, его эффект и активированного β-катенина различны. Пролиферирующие хондроциты м. б. подрезделены на 2 зоны в соответствии с их морфологией и скоростью пролиферации (Рис. 4С). Состояние пролиферации в зоне I и II коррелирует с экспрессией ключевых регуляторов клеточного цикла. Член семейства retiniblastoma (Rb) p130, который ингибирует переход G1/S , высоко экспрессируется в Зоне I суставных/покоящихся хондроцитов, тогда как Ciclin D1, который способствует переходу G1/S экспрессируется на высоком уровне в Зоне II. Wnt5a экспрессируется в Зоне Ii и в перихондрии/надкостнице. Показано, что передача сигналов Wnt5a действует, чтобы ингибировать пролиферацию хондроцитов и активность Sox9. В результате Wnt5a ингибирует переход от медленной пролиферации суставных/покоящихся хондроцитов к быстро пролиферирующим столбчатым хондроцитам и это необходимо для гипертрофии хондроцитив, которая нуждается в выходе из клеточного цикла. Интересно, что Wnt5b, ближайший роственник Wnt5a экспрессируется в хондроцитах, которые уже вышли из клеточного цикла и обладает противопложной активностью в регуляции активности Sox9 и пролиферации хондроцитов (Рис. 4С). Т.к. передача сигналов Wnt5a активирует CaMKII, то было показано, что передача сигналов Wnt5a способствует деградации β-катенина.
Интересно отметить. что фенотип хряща у эмбрионов Ror2-/- почти идентичен таковому, обнаруживаемому у эмбрионов Wnt5a-/-, это указывает на то, что Ror2 м. передавать сигнал Wnt5a в хондроциты, что было продемонстрировано для некоторых систем. Мутации Ror2? как было установлено, вызывают у людей врожденные скелетные аномалии, такие как аутосомно рецессивный синдром Robinow и аутосомно доминантная брахидактилия типа В. Возможно, что мутации нарушающие сигнализацию Wnt5a вызывают также врожденные дефекты с тяжелой скелетной дисплазией, сходной с таковой при Robinow или брахидактилии типа В.
Путь канонической передачи сигналов Wbt необходим для пролиферации и терминальной дифференцировки остеобластов. LRP5, который кодирует ко-рецептор в канонической передаче сигналов Wnt, экспрессируется в ранних дифференцированных остеобластах в местах. подверженных или мембранозной или эндохондральной оссификации. Экспрессия LRP5 не выявляется в хондроцитах (Рис. 4С). Изучение пациентов с аутосомно рецессивным osteoporosis-pseudoglioma (OPPG) синдромом показало, что LRP5 важен для обеспечения пика костной массы. Кроме того, мыши Lrp5-/- обнаруживают костный фенотип, сходный с таковым, обнаруживаемаым у пациентов с OPPG. Было установлено, что у этих мышей терминальная дифференцировка остеобластов задщержана, а пролиферация остеобластов снижена. Более того мутация LRP5 у людей, LRP5V171, идентифицирована в качестве причины high bone density (HBD) из-за неправльного действия Dkk, антагониста Wnt пути, в результате чего и усиливается передача сигналов Wnt. Это указывает на то, что LRP5-обеспечиваемая каноническая передача сигналов Wnt необходима для регуляции костной массы. Т.к. пациенты с OPPG с дефицитом объёма трабекулярных костей имеют нормальнудю клеточную полотность и присутствие остеобластов и остеокластов на поврехности кости, то кажется очевидным что каноническая передача сигналов Wnt м.б. ненужной для детерминации судьбы клеток в остеобласты. Необходима осторожность. Во-первых, канонический сигнальный Wnt путь способствует дифференцировке остеобластовиз мезенхимных клеток-предшественников in vitro. Во-вторых, LRP6, который экспрессируется повсеместно, очень близок к LRP5 и оба они активруются сходным образом во время дифференцировки остеобластов in vitro. Возможно, что потеря функции LRP5 v/ компенсироваться до некоторой степени с помошью LRP6 и что имеется всё ещё остаточная каноническая передача сигналво Wnt в остеобластах LRP5-/-. Следовательно, полное устранение канонической передачи Wnt сигналов в предшественниках остеобластов всё ещё необходимо для выяснения нужна ли дифференцировка остеобластов.
У людей низкий уровнь костной массы является фактором риска остеопороза. LRP5-обеспечиваемая передача сигналов Wnt, по-видимому, имет специфическую функцию в регуляции плотности кости. Пауиенты с мутацией LRP5 имеют аномальную плотность кости, но по всем др. признакам здоровы. Следовательно, LRP5 представляет собой многообещающую фармакологическую мишень для разработки новых лекарств с низкой токсичностью и минимальными побочными эффектами для лечения остеопороза.
Сайт создан в системе
uCoz