Посещений:
Развитие Печени

Генетический Контроль

Liver development update: new embryo models, cell lineage control, and morphogenesis
Frederic Lemaigre and Kenneth S Zaret
Current Opinion in Genetics & Development 2004, 14:582–590

The three phases of liver development that are the focus of this review are: the specification of hepatoblasts within the endoderm, the lineage split of hepatoblasts into hepatocytes and biliary cells, and the interaction of these cells with different mesodermal cell derivatives during liver morphogenesis. Advances in these areas include new genes and experimental models for studying liver development, the role of HNF6 and HNF1b transcription factors and notch signaling in the hepatocyte–biliary cell lineage decision, the identification of genomic targets for HNF4, and HNF4’s role in controlling hepatic epithelial structure and the sinusoidal organization of the liver.

Box 1 Genomic information regarding liver gene expression and transcription factors

Transcription factor binding/genomic location analysis in vivo Human liver analyzed for HNF1a, HNF4a, and HNF6 [32] http://web.wi.mit.edu/young/pancregulators/

Gene expression analysis of liver development Embryonic mouse development [35] (contact: Andrea.Jochheim-Richter@gmx.de)

Fetal mouse development and regeneration [36] (contact: Jorge.bezerra@cchmc.org)

Fetal rat liver development [37] http://www.mrw.interscience.wiley.com/suppmat/ 0270-9139/suppmat/2004/39/v39.617.html

SAGE library analysis of 12.5 day fetal liver http://www.mouseatlas.org/data/mouse/ libraries/SM001/library_view

Transcriptome database of early embryos [38] http://lgsun.grc.nia.nih.gov/cDNA/cDNA.html


См. также перевод ст. этого автора Здесь
Некоторые клетки прекрасно делают одну вещь, напр., инсулин по потребности или гемоглобин. Гепатоциты, первичные клетки печени, делают многие вещи, включая метаболизм разнообразных пищевых молекул, детоксификацию соединений и хранение гликогена. Гепатоциты обладают также эндокринной функцией, секретируя большие количества сывороточных белков в кровь, и экзокринной функцией, секретируя большие количества желчи в ЖКТ. У млекопитающих печень плода является местом гематопоэза и т.о. быстрый морфогенез печени является существенным для поддержания развивающейся поставки крови. Не удивительно, что необходимы большие количества генов и межклеточных взаимодействий. Хотя большинство из первоначальных исследований развития печени были осуществлены на курах, мышах и крысах, недавно начаты исследования на лягушках и рыбках данио, каждый из которых привнес новое в эту область.
Имеющиеся доказательства показывают, что раннее развитие печени нуждается в серии индуктивных сигналов от трех различных типов мезодермальных клеток. Печеночные гены впервые индуцируются в сегменте дефинитивной энтодермы примерно на 8.5 день беременности у мышей (E8.5; ст. 7-8 сомитов) [1]. В трансплантационных исследованиях было установлено, что эта индукция нуждается в передаче сигналов fibroblast growth factor (FGF) [2] от соседней кардиогенной мезодермы [3,4] и в передаче сигналов bone morphogenetic protein (BMP) от клеток соседней septum transversum mesenchyme (STM) [5]. После этих индуктивных сигналов печеночный энтодермальный эпителий становится более пролиферативным и клетки начинают давать почку в стромальное окружение. Взаимодействия с эндотелиальными клетками, третьим мезодермальным производным в этой индуктивной последовательности, является критическими для этой ранней фазы отпочкования [6]. Однако, имеющие к делу отношение эндотелиальные сигнальные молекулы неизвестны; неясно, как эндотелиальные клетки, до образования кровеносных сосудов, появляются вблизи только что специфицированной печеночной энтодермы.
Как только почка печени выделяется из кишечной трубки, то гематопоэтические клетки мигрируют в неё и пролиферируют, возможно испуская ростовые сигналы для печени [7]. Генетические исследования на мышах показали, что многочисленные сигнальные молекулы и транскрипционные факторы необходимы для продолжения роста печени плода и для предупреждения апоптоза; они рассматривались в недавних обзорах [8,9]. Когда печеночная энтодерма специфицируется и печень начинает расти, то клетки считаются гепатобластами. Считается. что эти клетки уже экспрессируют некоторые гены, специфичные для полностью дифференцированных гепатоцитов, такие как сывороточный альбумин, в печени плода гепатобласты д. давать дефинитивные гепатоциты и клетки желчных протоков (cholangiocytes) [10,11] и дифференцироваться ещё дальше. Печеночный эпителий поляризуется, создавая небольшой апикальный домен, который выстилает каналы между клетками, называемые canaliculi, которые соединяются с желчными протоками и дренируются в кишечник. Базальный слой оказывается juxtaposed к фенестрированному эндотелию, который выстилает синусоиды или тканевые расщелины, в которых течет кровь из артериального в кишечное портальное кровообращение и затем венозное кровообращение. Таким образом развивающаяся печень становится готовой к осуществлению своих упомянутых выше задач.

New model systems for studying liver induction from endoderm


Эмбрионы Xenopus служили в качестве модельной системы для разнообразных онтогенетических процессов, но не для индукции печени, частично из-за отсутствия ранних маркеров. Zorn and Mason [12] оценивали паттерны экспрессии мРНК у Xenopus гомологов печеночных транскрипционных факторов млекопитающих и печень-специфических сывороточных белков. Они установили, что эти печень-специфческие гены впервые экспрессировались в развивающейся печени и энтодерме кишки и кишечника, тогда как на более поздних стадиях мРНК оказывались и в самом деле печень-специфическими. Стало очевидным, что онтогенетическое ограничение экспрессии м. обеспечить часть печень-специфического паттерна; это напоминало предыдущие исследования на мышах [13]. Pieler and co-workers [14] осуществили гибридизацию in situу эмбрионов Xenopus с 1500 cDNAs и систематически распределяли паттерны экспрессии, специфичные для энтодермы, кишечника и печени. они также выявили ко-экспрессию многих генов в ранних печени и кишечнике, а также субнаборы, которые были печень-специфичны. Они также выявили гены, чья индукция происходит в эксплантах диссоциированных энтодермальных клеток, т.е. клеточно автономно, и те, чья индукция зависит от клеточных взаимодействий. Все специфичные для печени гены и часть ранних специфичных для печени+кишечника генов нуждаются в клеточных взаимодействиях для своей индукции. Это согласуется с упомянутыми выше исследованиями на мышах, где кардиальная мезодерма и STM клетки индуцировали печень.
В изолированных анимальных шапочках эмбрионов Xenopus, которые обычно генерируют эктодермальные производные, комбинированное действие Wnt/β-catenin и TGF-β сигналов индуцирует энтодерму [15], которая во время дальнейшей инкубации анимальной шапочки воспроизводит временной паттерн экспрессии индукции печеночных и кишечных генов, обнаруживаемый in vivo [14]. В этой системе индукция печень-специфических генов блокируется с помощью доминантного негативного ингибитора передачи сигналов FGF; т.о. передача сигналов FGF м. индуцировать печень из энтодермы у Xenopus и мышей (Figure 1). Способность воспроизводить индукцию энтодермы и развитие печени in vitro, и нарушать эти события с помощью инъецированных РНК, делает Xenopus выдающейся системой для будущего анализа.
Хотя передача сигналов Wnt помогает индуцировать энтодерму у Xenopus [16] и мышей [17], но ген secreted frizzled related protein 5 (sFRP5), который кодирует ингибитор Wnt, экспрессируется в энтодерме передней кишки и формирующейся печеночной области. Нет доказательств, что передача сигналов Wnt/β-catenin необходима для индукции печени, на базе экспрессии sFRP5, её супрессия однако м.б. важной. Т.к. супрессия передачи сигналов Wnt делает возможным кардиальное развитие [18], a кардиальная мезодерма индуцирует печень, то антагонисты Wnt м. играть косвенную роль в индукции печени. Исследования на курах и мышах показали, что после спецификации, передача сигналов Wnt/β-catenin способствует росту печени [19,20].
Классические эксп6ерименты по индукции печени были проведены на курах [3,4], и лишь недавно были изучены события передачи молекулярных сигналов. Antin и др. нашли, что передача сигналов BMP и FGF индуцирует печеночные гены в энтодерме кур [21], это сходно с тем, о чем упоминалось выше для мышей. Однако, у кур BMP2 экспрессируется в энтодерме [21,22] и , следовательно, является аутокринным сигналом, тогда как у мышей BMP2 и BMP4 экспрессируются в STM клетках и в меньшей степени в кардиогенной мезодерме [5,23], и , следовательно, являются паракринными сигналами. В дополнение, экзогенные FGFs м. воспроизводить печеночные индуктивные эффекты кардиогенной мезодермы на энтодерму кур, а ингибитор передачи сигналов FGF рецепторов м. ингибировать печеночную индукцию за счет эндогенных взаимодействия мезодермы и энтодермы кур [21]. Однако, FGF мРНК экспрессируется в соответствующих время и месте преимущественно в энтодерме кур (Figure 1), и лишь в слабой степени в мезодерме. Более того, кардиогенная мезодерма оказалась не нужной для поддержания экспрессии различных FGF мРНК в энтодерме кур. По-видимому, передача сигналов FGF для печени м.б. аутокринной у кур и зависеть от неизвестного пермиссивного фактора из мезодермы, это не объясняет, как один FGF м. воспроизводить индуктивный эффект кардиальной мезодермы.
Совместное культивирование с кардиальной мезодермой кур индуцирует печеночную дифференцировку в ES клетках мышей [24], демонстрируя тем самым, как эмбриональные принципы помогают контролировать дифференцировку стволовых клеток in vitro.
Рыбки данио в качестве модельной системы. Эмбрионы рыбок данио прозрачны, что делает возможной непосредственное наблюдение за морфогенезом кишки и развитием печени и м. позволить генетический скрининг мутантов. В результате подобного скринига получена мутация vHNF1 (HNF1b) транскрипционного фактора, которая обусловливала дефицит поджелудочной железы, недоразвитие печени и плохо дифференцированные гепатоциты [25]. Эти дефекты в дополнение к др. пертурбациям, аналогичны с таковыми у мутантов рыбок данио, дефицитных по nil per os, гена, который кодирует очевидный цитоплазматический РНК-связывающий белок [26]. Развитие и печени и поджелудочной железы блокируется, когда ингибируется передача сигналов ретиноевой кислоты, хотя образование энтодермы остается интактным [27]. Stafford and Prince [27] нашли, что экзогенная ретиноевая кислота индуцирует переднюю экспансию печени и панкреас, подтверждая, что путь передачи ретиноевых сигналов контролирует передне-заднее позиционирование этих органов у рыбок данио



Factors influencing differentiation of the endoderm into liver, extrahepatic bile ducts, and pancreas. Liver inductive signals discovered in zebrafish (zf), mouse, Xenopus (Xen), and chick are shown. STM, septum transversum mesenchyme cells; CM, cardiogenic mesoderm.

(Figure 1). У one-eyed pinhead мутантов, у которых отсутствует хорда, печень теряет свою асимметрию [28]. Sonic hedgehog (syu) мутантные рыбки имеют увеличенную печень, а эктопическая экспрессия syu супрессирует рост печени [29]. Это контрастирует с делецией sonic hedgehog у мышей, которая не затрагивает развития печени [30]. Кроме того, т.к. необходимы взаимодействия эндотелиальных клеток для роста зачатка печени у мышей [6], они, по-видимому, не нужны для этого у мутантных рыбок данио cloche, которые имеют значительно уменьшенную васкулатуру [31]. Однако, печень не является гематопоэтическим органом у рыб, тогда как млекопитающие м. обнаруживать зависимость от взаимодействий эндотелиальных клеток, что делает возможным гематопоэз в печени плодов.
Итак, генетика и легкость манипуляция с эмбриональными тканями позволяет рыбкам данио, курам и Xenopus служить моделями для анализа развития печени лучше, чем эмбрионы мыши. С др. стороны, различия в функционировании органов и организмов между млекопитающими и не-млекопитающими д. скорее всего быть результатом различий в механизмах индукции печени, дифференцировки гепатоцитов и морфогенеза печени. Такие различия м. оказаться особенно важными для печени, которая д. участвовать в различных характерных метаболических потребностях для разных типов организмов.

Genomic analysis of liver transcriptional regulatory pathways


Нижестоящие сигнальные молекулы, которые индуцируют дифференцировку печени, являются транскрипционными факторами, которые выполняют печеночную программу. Известно, что печень, обогащенная 'hepatic nuclear factors' (HNFs) активирует печень-специфические гены и перекрестно-регуляторным образом каждый из др. промоторов. Однако, степень и разнообразие перекрестной регуляции неизвестны и пока неясно, как много генов регулируется непосредственно с помощью HNFs. Young и др. предприняли анализ геномной локализации HNF1a, HNF4a и HNF6 [32]. Это связано с formaldehyde перекрестным связыванием транскрипционных факторов с их генами мишенями в живых клетках, изолированием хроматина, фракционированием их до малых фрагментов ДНК и иммунопреципитация HNFs, перекрестно сцепленных со своими сайтами-мишенями. Затем перекрестно связанные фрагменты возобновляются и ДНК фрагменты амплифицируются, метятся и гибридизируются с микромассивами (microarray) в случае Odom et al. [32], сегменты ДНК размером 900 п.н. из промоторных областей 13,000 генов человека.
В результате этих геркулесовых усилий, задокументированы на website (Box 1), Odom et al. установили, что HNF1a соединяется с 222 генами-мишенями в гепатоцитах человека или с 1.6% генами массива, а HNF6 связывает 227 генов или 1.7%. Поразительно, но HNF4a связывается с 1575 генами или ~12% массива. Сходные относительные % связываемых генов обнаружены и в клетках поджелудочной железы, при этом примерно половина связываемых генов одинакова для печени и панкреас. Гены, связываемые HNF4a в обеих тканях соответствуют примерно 42% генов, связываемых с помощью RNA polymerase II. Это почти половина от активных генов, тестируемых в печени, связывается с помощью HNF4a. Большинство генов, связываемых с помощью HNF1a или HNF6 связывалось также и HNF4a, но относительно немного генов связывало и HNF1a и HNF6. Кроме того, авт. оказались способны выяснить новые регуляторные взаимоотношения между тремя транскрипционными факторами и генами для др. печеночных транскрипционных факторов. Важно сравнить это исследование с профилями экспрессии по всему геному в печени дикого типа и у HNF условных мутантных мышей; хотя 'one-off' анализ показывает, что многие печеночные гены нуждаются в HNF4a [33]. Такое генетическое исследование вместе с работой Odom et al. [32], позволяет понять cross-regulatory circuitry и гомеостатические механизмы, которые контролируют экспрессию печеночных генов.
Проделан ряд работ по анализу микромассивов экспрессируемых генов во время развития печни [34-37]. Детали приведены в Box 1, вместе с данными библиотеки SAGE и новыми ресурсами для эмбриональных мРНК [38]. Учитывая, что нет еще универсальной платформы для профилей экспрессии, трудно сравнивать базы данных. Но тем не менее эти базы данных представляют собой исключительный ресурс для поиска генов кандидатов, участвующих в развитии печени.

Cell-fate decisions in the hepatoblast


Когда зачатки печени выделяются из энтодермы, то гепатобласты оказываются перед лицом принятия решения, дифференцироваться в гепатоциты или желчные эпителиальные клетки. В некоторых тканях путь Notch является интегральным для принятия решений о судьбе клеток и, по-видимому, действует и в печени. Мутации Notch лиганда Jagged-1 ассоциируют с синдромом Alagille



Factors influencing the differentiation of hepatoblasts into hepatocytes and biliary cells, and their morphogenetic induction of liver sinusoidal endothelium and hepatic artery branching.

(OMIM #118450), аутосомно доминантным заболеванием, при котором печень характеризуется недостатком внутрипеченочных протоков. Также мыши двойные гетерозиготы по Jag1 нулевому аллелю и гипоморфному Notch2 аллелю воспроизводят синдром Alagille и обнаруживают отсутствие внутрипеченочных желчных протоков при рождении [39].К сожалению, нет пренатальных данных об этих мышах, которые позволяли бы объяснить различие ролей Notch пути в дифференцировке желчных клеток или в морфогенезе intrahepatic bile duct (IHBD). Экспрессия компонентов передачи сигналов Notch изучали в постнатальной печени [40-42] и в регенерирующей печени, где они м. участвовать в предопределении клеточных судеб и пролиферации [42,43]. Notch компонент, Delta-like protein/preadipocyte factor 1/fetal antigen 1, экспрессируется во время предопределения судьбы гепатобластов [44]. Передача сигналов TGF-β также претендует на роль кандидата регулятора печеночных клонов (Рис. 2). Печень эмбрионов мышей, гетерозиготных по Smad2/Smad3 [45] или дефицитных по ELF, адапторному белку в сигнальном каскаде TGF-β [46], показывает, что гепатоциты группируются в кластеры, вместо образования тяжей, которые экспрессируют пониженные количества α-fetoprotein. Культивируемые экспланты печени от Smad2+/-/Smad3+/- эмбрионов обнаруживают низкую и широко распространенную экспрессию cytokeratin вместо высокой экспрессии, ограниченной желчными клетками [45]. Эти фенотипические аспекты м.б. результатом аномальных клеточных контактов, вторичных по отношению пониженным уровням β1-integrin, обнаруживаемых в мутантной печени. Напротив, низкие уровни α-fetoprotein в купе с широко распространенной экспрессией cytokeratin также м. отражать дефицит способности гепатобластов дифференцироваться в направлении желчных или печеночных клонов. Последняя интерпретация базируется на наблюдении, что инкубация Smad2+/-/Smad3+/- печеночных эксплантатов с HGF восстанавливает фенотип [45] а недавние данные подчеркивают, что HGF является регулятором бипотентности гепатобластов [47,48]. Т.е., albumin-негативные (alb-) печеночные стволовые клетки, выделенные из печени эмбрионов мышей дают in vitro albumin-позитивные клетки, если обработаны HGF. Клетки alb+ м. дифференцироваться в направлении желчного и гепатоцитного клонов, указывая тем самым, что эти alb+ клетки сравнимы с бипотентными гепатобластами, обнаруживаемыми в развивающейся печени. HGF способствует дифференцировке alb+ клеток alb- предшественников, но ингибирует дальнейшую дифференцировку alb+ клеток в желчные клетки, указывая, что HGF способствует установлению бипотентного состояния гепатобластов.
Suzuki и др. [48] показали, что HGF индуцирует экспрессию C/EBPa, транскрипционного фактора, многочисленного в печени, в изолированных alb- клетках. Блокирование активности C/EBPa с помощью доминантно негативной мутации C/EBPa предупреждает переход от alb- стадии к alb+ фенотипу, показывая, что HGF способствует бипотентности посредством C/EBPa. Интересно, что блокирование C/EBPa редуцирует также экспрессию HNF6, тогда как умеренно индуцирует маркеры желчной дифференцировки CK19 и gGT. Это уменьшение HNF6, связанное с повышением желчной дифференцировки, прекрасно согласуется с предыдущими наблюдениями на нокаутных HNF6 мышах [49]. У таких мышей желчная дифференцировка является преждевременной и избыточной, указывая тем самым, что HNF6 необходим для ослабления раннего желчного предназначения и помогает регулировать бипотентность. Как TGFβ, HGF, C/EBPa и HNF6, a возможно и путь Notch интегрируются в когерентную сеть, которая контролирует бипотентность и делает возможной дальнейшую или желчную или гепатоцитную дифференцировку, становится критическим вопросом для понимания предопределения судеб клеток в ранней печени (Рис. 2). Прекрасным инструментом для изучения развития печени являются печеночные линии эмбрионов мышей, которые поддерживают свою способность дифференцироваться in vitro и in vivoв направлении клонов гепатоцитов или желчных клеток [50,51] (F Lemaigre, unpublished).

Differentiation and morphogenesis of the biliary tract


Внепеченочный желчный тракт - желчный пузырь, пузырный, печеночный и общий желчные протоки - и IHBD развиваются отдельно и соединяются с помощью неизвестного механизма [52,53]. Осуществлена молекулярная характеристика внепеченочного желчного тракта и выявлены неожиданные взаимоотношения между развитием внепеченочного желчного протока и поджелудочной железы. Кроме того, достигнут определенный прогресс в идентификации генов, управляющих развитием внутрипеченочных желчных протоков в результате анализа мутантов мышей и болезней людей.
Работы группы Wright's показали, что панкреатический транскрипционный фактор Pdx1 экспрессируется в проксимальной части развивающегося общего желчного протока [54], а Sumazaki et al. [55] установили, что этот фактор обнаруживается в желчных эпителиальных клетках, выстилающих весь внепеченочный желчный тракт, хотя и на более низких уровнях, чем в поджелудочной железе (Рис. 1). Т.к. Pdx1 не экспрессируется во внутрипеченочной части желчь-выносящего древа, то это отличает две части желчного тракта. В развивающейся поджелудочной железе Pdx1 маркирует плюрипотентные клетки предшественники из экзокринных ацинусов и эндокринных островков [56]. Эндокринные клетки происходят из субпопуляции Pdx+ клеток, которые ко-экспрессируют проэндокринный фактор Ngn3. Экспансия этой Pdx+/Ngn3+ субпопуляции ограничена путем Notch, который посредством индукции репрессора Hes1, репрессирует экспрессию Ngn3. Sumazaki et al. описали роль пути Notch в развитии желчных протоков и показали, что внепеченочные желчные протоки дифференцируются в панкреатическую ткань (экзокринную + эндокринную), если ген Hes1 в нокауте [55]. Эта переориентация внепеченочного желчного древа в направлении панкреатической судьбы м. отражать низкий, но позитивный уровень Pdx1 в желчных клетках. Эктопическая панкреатическая эндокринная дифференцировка у Hes1-/- эмбрионов ассоциирует в дерепрессией Ngn3, который обычно не экспрессируется в желчных клетках дикого типа. Развитие IHBD, по-видимому, не меняется у эмбрионов Hes1-/-. Итак, открыта неожиданная онтогенетическая пластичность внепеченочных желчных клеток и подчеркнута необходимость в тонко регулируемом пути Notch/Hes1/Ngn3 для поддержания статуса внепеченочной желчной дифференцировки.
Мыши, гаплонедостаточные по мезенхимному транскрипционному фактору Foxf1 обнаруживают аномалии желчного пузыря с уменьшением количества мезенхимных клеток, а иногда и с полным отсутствием эпителия желчного пузыря [57]. Ген-мишени для Foxf1, необходимые для развития желчных протоков ещё не идентифицированы, но снижение уровня Notch2, обнаруживаемое в регенерирующей Foxf1+/- печени позволяет предполагать, что Foxf1 регулирует передачу сигналов Notch во внепеченочных желчных протоках [58].
Морфогенез внутрипеченочного желчного тракта во многом известен. Hnf6-/- эмбрионы или эмбрионы с печень-специфичной инактивацией гена Hnf1β неспособны формировать IHBD [49,59]. Вместо этого, желчные клетки остаются нерегулярно организованными вокруг веточек портальной вены и формируют временные желчные кисты. Аномальный тубулогенез, ассоциированный с образованием кист, является хорошо известным признаком polycystic kidney diseases (PKD), которая часто ассоциирует с желчными кистами. Известны некоторые гены, вызывающие PKD, а функция генных продуктов указывает на их активность в ресничках [60]. Желчные эпителиальные клетки, подобно почечным клетки, имеют первичный cilium на апикальной поверхности, а нарушения образования ресничек ассоциируют с аномалиями желчных протоков [61]. Аутосомно рецессивная форма PKD (ARPKD), вызванная мутациями в гене PKHD1, чей продукт - названный polyductin или fibrocystin [62,63] - обнаруживается в ресничках, включая реснички cholangiocyte [61]. У мутантных крыс (PCK крысы), fibrocystin неспособен попадать в реснички. Реснички приобретают аномальную форму и возникают аномалии желчных протоков [61]. Установлена [64,65 ] связь между HNF1β и некоторыми генами, вызывающими PKD, включая Pkhd1, т.к. было установлено, что эти гены соединяются и стимулируются с помощью HNF1β. Хотя в этой работе с HNF1β изучалась лишь регуляция гена в почках, очень возможно, что гены кистозной болезни, управляются с помощью HNF1β и в печени [66,67], это м. объяснить, почему HNF1β нокаутный печеночный фенотип [59] характеризуется желчными кистами. Считается, что экспрессия HNF1β стимулируется в печени с помощью HNF6 [49], м. рассматривать сеть с участием HNF6, HNF1β и ассоциированных с ресничками белков в контроле морфогенеза IHBD (Рис. 2). Тем не менее роль ресничек в возникновении желчных аномалий остается спекулятивной. Для гена TG737/Polaris, который также кодирует белок, локализующийся в ресничках и мутации которого генерируют аномалии ресничек, ассоциированные с PKD и желчными кистами, предложена новая роль. В исследовании нервной системы мышей, несущих гипоморфный аллель TG737/Polaris, группа Anderson показала. что этот ген необходим для передачи сигналов Hedgehog посредством процесса, который м. вовлекать реснички и/или внутриклеточный транспорт [68]. Участвует ли передача сигналов Hedgehog в развитии IHBD, пока остается открытым вопросом.

Hepatic artery development is linked to intrahepatic bile duct morphogenesis


Между печеночными дольками IHBD всегда ассоциированы с веточками портальной вены и с одной или двумя веточками печеночной артерии, формируя портальную триаду. IHBD и печеночная артерия, как установлено, интимно связаны в ходе развития и при болезнях (Рис. 2). Веточки печеночной артерии у людей формируются вблизи ductal пластинки, тогда как у мышей они развиваются вблизи зрелых IHBDs [69]. Обработка крыс лекарством, которое стимулирует пролиферацию холангиоцитов, индуцирует параллельное ремоделирование печеночной артерии [70].
У мышей, дефицитных по HNF6 или HNF1β, веточки печеночной артерии не способны формироваться и клетки, экспрессирующие α-smooth muscle actin накапливаются вокруг дизорганизованных желчных клеток [59,71]. Неожиданно у некоторых мышей обнаруживается избыток веточек печеночной артерии, это напоминает фенотип печеночной артерии, ассоциированный с некоторыми формами уродств ductal пластинки у людей. Несмотря на тот факт, что время образования веточек печеночной артерии отличается у мышей и людей, м. оперировать сходные механизмы, связывающие IHBD и артерии, это указывает на то, что исследования мутантных мышей м. позволить характеризовать нарушения развития печеночной артерии и у людей.

Putting it all together: the conditional HNF4a mutation and liver morphogenesis


Как указывалось выше, транскрипционный фактор HNF4a соединяется с почти половиной транскрибируемых генов, тестированный в печени взрослых мышей [32]. Но генетическая оценка делеций HNF4a невозможна из-за его потребности в желточном мешке и ранней эмбриональной летальности [72]. Parviz et al. [73] поэтому создали 'floxed' аллель HNF4a, в котором критический экзон фланкирован с помощью сайтов loxP. Гомозиготных мышей скрещивали с мышами, которые содержат floxed аллель и cre recombinase трансген под контролем регуляторных элементов генов albumin и fetoprotein. В результате рекомбиназа вызывает делецию функции HNF4a в печени плода. HNF4a-мутантные плодные гепатоциты не способны экспрессировать многие, но не все, печень-специфичные гены, и были маленькими и округлыми и не ассоциировали в эпителий. Недостаточность эпителия м.б. объяснена отсутствием экспрессии белков клеточной адгезии, таких как E-cadherin и ZO1. Интересно, что ретровирусная трансдукция HNF4a в фибробласты индуцирует экспрессию этих белков и образование эпителиальных характеристик, но оказывается недостаточной для индукции экспрессии печень-специфичного гена. Т.о.. хотя HNF4a безусловно необходим для печеночной дифференцировки и эпителиальной морфологии, он достаточен только для индукции только последней и д.б. интегрирован в HNF регуляторную сеть, чтобы активировать или поддерживать экспрессию печеночных генов (Рис. 2). В дополнение к фенотипу печени у мутантов HNF4a выявляются обширные кровоизлияния, обусловленные нарушениями образования синусоидального эпителия. Крупные сосуды присутствуют, но капилляры отсутствуют или разорваны. Простейшим объяснением является то, что синусоидальный эпителий обычно развивается после генерации эпителиальной структуры с помощью дифференцированных гепатоцитов [73].

Conclusions


As many liver genes function in other tissues, including HNF4a, floxed alleles and more tissue- and temporalspecific cre lines will be needed to test gene function during development, regeneration, homeostasis, and so on. Still, taking the HNF4a studies with the aforementioned coordination of hepatic artery and bile duct formation, the field is beginning to generate a comprehensive picture about how liver morphogenesis occurs and a better understanding of how the diverse functions of the hepatocyte are connected to the rest of the body. This information will not only help understand liver pathology, but may soon be used to guide stem-cell differentiation and efforts to develop artificial organs.

Update


The Miyajima group recently showed [74] that Jagged-1 protein is found in cells adjacent to the biliary cells at the onset of biliary differentiation and ductal plate formation. They further showed that activation of Notch2 signalling represses hepatoblast differentiation towards the hepatocyte lineage. They propose an interesting model in which Jagged1/Notch2 interaction is critical for induction of biliary differentiation and repression of hepatocytic differentiation.
Сайт создан в системе uCoz