Посещений:
Развитие Поджелудочной Железы

Генетический Контроль

Gene Regulatiory Factors in Pancreatic Development
J. Jensen
Dev.Dyn. V. 229, No 1, P. 176-200, 2004




Рис.1.  | The primary transition. Embryonic day 10 mouse embryo. Initiation of pancreatic development is observed as two evaginations, dorsally and ventrally, form on the prospective duodenal region of the primitive gut. Pdx1 (green) is highly expressed both dorsally and ventrally. Note the lower level of Pdx1 immunoreactivity in both the primitive gut tube, extending up in the posterior stomach (future antropyloric domain). Glucagon cells (red) have started to form in the dorsal bud—similar cells will over the following 12–24 hr also start to differentiate in the ventral bud. Endocrine differentiation in the adjacent regions (stomach and intestine) is not initiated until approximately 5 days later. Reproduced with permission from Kluwer Academic Press (Madsen et al., 2001).


Рис.2.  | Tubulogenesis. A: Schematic presentation of the classic branching type. Cells are at all time points of a single-layered epithelial type. Expansion occurs through facultative divisions within the increasingly folding sheet of cells, thereby generating tubules. B: Tubulogenesis due to fusion of microlumens. Cells are initially residing in a multilayered strati.ed epithelium and are not showing a typical basal/apical polarity. Polarity is induced as microlumens form due to fluid secretion by individual cells. The organization of cells around such lumens generates a single-layered epithelium. As the lumens coalesce, a tubular network is formed. In yellow, the formation of endocrine cells is outlined, as these initially are selected from epithelial cells, where after clustering occurs due to migration.


Рис.3. The secondary transition. Embryonic day (E) 13.5 mouse pancreas, doubleprobe in situ hybridized with insulin (red) and amylase (blue). At this stage, exocrine and β-cell terminal differentiation is concomitantly initiated. In the central core of the pancreas, β-cells arise with a scattered distribution and are exclusively nonepithelial at onset of insulin gene expression. In contrast, at the tips of the epithelial branches, exocrine differentiation is initiated, occurring in multiple neighboring cells simultaneously. At E14.5, all cells at the exterior tips have activated the amylase gene—as this occurs over such a short time frame that divisions of a presumed exocrine precursor cell could not have occurred, this shows that individual acini are not clonally derived. One possible exception to this argument is the existence of a clonal precursor before the terminal differentiation process that may have given rise to all cells in the particular group differentiating. Such a possibility has been noted (Gu et al., 2002). The mechanism for initiating exocrine differentiation is not known, but it is conceivable that spatial signals allow differentiation to proceed when a given threshold is met. This could explain why clusters of cells initiate differentiation at the same time. mes, mesenchyme; epi, epithelia.  | 


Рис.4.  | Isletogenesis. Embryonic day (E) 19 mouse pancreas double stained for Pdx1 and glucagon. This figure shows a quite interesting organization of the pancreas in between the adult structure with dispersed islets and the islet cell migration phase immediately after the secondary transition. Note the “ribbon-like” organization of the endocrine cells (endoc) in the central core of the pancreas—much re.ecting the earlier central expression of the pro-endocrine gene Ngn3. At E19, most endocrine cells have aggregated, and now α-cells begin to organize around core structures of β-cells (strongly Pdx1-positive cells). Pdx1 is not expressed in α-cells and is also not expressed in the pancreatic duct cells. This finding may signify that the ductal cells may have lost the capacity of undergoing endocrine differentiation and are most likely developing toward a more mature and specialized ductal cell type. Low-level expression of Pdx1 is observed in the exocrine cells (exoc) that are completely filled with secretory granules. Proper islet formation appears to occur through an ensnaring process by the growth of the exocrine tissue, which leads to a cutting off of islets of the “ribbon” as pearls on a string.


Рис.5.  | Expression of Ngn3 and Ptf1a/p48 in early pancreatic development. Immediately adjacent sections (embryonic day 15.5 mouse pancreas) stained for Ngn3 and Ptf1a (p48). Ngn3-expressing cells are centrally localized (A), and their expression domain does not overlap that of p48 (B). p48 is expressed in the exocrine cells.


Рис.6.  | Ngn3 expression in epithelial precursor cells. Coexpression analysis of Ngn3 with the epithelial marker β-catenin. β-Catenin allows easy identi.cation of the morphologic shape of the pancreatic cells, here clearly revealing that Ngn3-expressing cells are of a typical epithelial morphology. β-Catenin is strongly expressed in pancreatic progenitor cells. Note the highly variable intensity of Ngn3 expression. This finding could be the outcome of proendocrine morphogenetic signaling with a superimposed lateral specification mechanism.


Рис.7.  | Lateral speci.cation. The selection process of a pro-endocrine precursor is accomplished by cell– cell signaling between epithelial neighbors. This signaling occurs through a progressive strengthening of the expression levels of Ngn3 in the differentiating cell (left), with a weakening in neighbors (right). The lateral signaling is mediated through the activation of a notch ligand (Delta) controlled by Ngn3. Ligand expression on the differentiating cell activates the notch receptor in the neighbor, in turn activating the bHLH-type Hes1 repressor gene. Hes1 effectively reduces Ngn3 expression in these cells, silencing other proendocrine inputs that the cell may receive. Possibly, as the differentiating endocrine cell delaminates, the previously suppressed cells may initiate a second round of fate selection, whereby such cells may become endocrine if these are still situated in a pro-endocrine field.


Рис.8.  | Hes1 expression in epithelial precursor cells. Hes1 (green nuclear staining) is dynamically expressed within pancreatic epithelial cells, some mesenchymal cells, but completely absent in differentiated endocrine cells (insulin+ cells shown, red). Weak Hes1 expression is observed in cells in the centroacinar position and absent in differentiating exocrine cells. Certain epithelial cells corresponding to ductal-like precursors do not express Hes1 and are immediately neighboring others that are strongly expressing Hes1. This pattern is expected as lateral inhibition may help single out endocrine precursors. Very likely, although not proven, the Hes1- cells may correspond to Ngn3+ cells.


Рис.9.  | Basic helix-loop-helix (bHLH) factors in transcriptional control. bHLH factors are pivotal in positive and negative promoter regulation, and control can be exerted at various levels. Here, a single Ebox is shown, through which both negative and positive gene regulation is conferred. Often, promoters contain independent E-box–like sequences to which positively and negatively acting bHLH heterodimers bind. 1. Passive suppression of gene expression can occur through binding of B- and A-class members to proteins of the id family. Id-type bHLH members lack basic-domain residues and generate a non-DNA binding complex. 2. Active suppression is exerted by, e.g., members of the Hes family. These proteins are capable of DNA binding and recruit a histone deacetylase activity (e.g., HDACs) to target promoters. Long-range repression may be exerted due to ultimerization of the groucho-type adaptor molecule. By deacetylation, adjacent nucleosomes (blue) remain closed at the target promoter. The actual DNA-binding complex may consist of a heterodimer of Hes and HERP family members (Iso et al., 2003). 3. In contrast, the opening of a target promoter may be conferred by binding of a heterodimeric complex consisting of a B-class tissue-specific bHLH member and a more ubiquitous A-class member. A-class, as well as some B-class members, are capable of recruiting coactivators of the CBP/p300 family, which act as histone acetylases facilitating promoter opening.



FGF10 signaling maintains the pancreatic progenitor cell state revealing a novel role of Notch in organ development
Gitte Anker Norgaard, Jan Nygaard Jensen, and Jan Jensen*
Developmental Biology 264 (2003) 323–338


FGF10 Играет важную роль в морфогенезе некоторых тканей, контролируя передачу сиганлов от мезенхимы к эпителию. В поджелудочной железе мезенхимный FGF10 необходим для поддержания поуляции Pdx1-экспрессирующих эпителиальных клеток предшественников, а в отсутствие передачи сигналов FGF10 эти клетки оказываются неспособными пролиферировать. Эктопическая экспрессия FGF10 в панкреатическом эпителии вызывает повышенную пролиферацию клеток панкреатических предшественников и устраняет дифференцировку во все типы панкреатических клеток. Гиперпластическая поджелудочная железа состоит из недифференцированных клеток, экспрессирующих Pdx1, Nkx6.1 и маркеры клеточной адгезии, обычно характеризующие ранние клетки панкреатических предшественников.
Дифференцировка ослабляется даже если пролиферация панкреатических клеток замедляется во время поздней стадии беременности, указывая на то, что трофический эффект FGF10 не зависит от его эффекта на дифференцировку клеток. FGF10-позитивные панкреатические клетки, экспрессируют Notch1 и Notch2, гены Notch-лигандов Jagged1 и Jagged2, а также ген-мишень Notch, - Hes1. Эта активация Notch отличается от ранее выявленного механизма латеральной inhibition. Эти данные указывают на то, что передача сигналов FGF10 служит для интеграции клеточного роста и терминальнрой дифференцировки на уровне активации Notch, тем самым выявляется новая вторичная роль этой ключеворй сигнальной системы во время развития поджелудочной железы

Сама статья в формате pdf находится ЗДЕСЬ

S.Kume
The molecular basis and prospects in pancreatic development
Dev.,Growth and Diff. - 2005. - Vol. 47. No 6. P. 367-374

Studies on the signaling mechanism that control the specification of endoderm-derived organs have only recently begun. While many studies revealed genes involved in the differentiation, growth and morphogenesis of the pancreas through studies of mutant mice, still little is known about how endoderm give rise to specific domains. Although many genes are known to have a role in pancreatic differentiation, growth and morphogenesis, few genes are known to take part in the specification of the pancreas so far. Hallmarks as well as gene markers for early development of the pancreas, which are however still very limited, will be useful for dissecting early events in pancreatic specification. Here, I give a summary on the origin of the dorsal and ventral pancreatic progenitors, signals for inductions, and genes so far known to function in pancreatic differentiation. I also give a future prospect in the use of ES cells and other experimental models, towards a comprehensive understanding of gene networks in the progenitor cells or intermediate cell types which arise during various stages of differentiation.



Dynamic regulation of Pdx1 enhancers by Foxa1 and Foxa2 is essential for pancreas development
Nan Gao, John LeLay, Marko Z. Vatamaniuk, Sebastian Rieck, Joshua R. Friedman and Klaus H. Kaestner
doi: 10.1101/gad.1752608 Genes & Dev. 2008. 22: 3435-3448


Начало развития поджелудочной железы в энтодерме передней кишки маркируется активацией гомеобоксного гена Pdx1 (IPF1). Pdx1 является существенным для экспансии панкреатического зачатка и развития эндокринных островков. Контроль экспрессии Pdx1 выяснен лишь частично. Было установлено, что winged-helix транскрипционные факторы Foxa1 и Foxa2 совместно занимают множественные регуляторные домены в гене Pdx1. Совместное вызванное условиями устранение Foxa1 и Foxa2 из панкреатического зачатка приводит к полной потере экспрессии Pdx1 и тяжелой гипоплазии поджелудочной железы. Мутантные мыши с hyperglycemia и с тяжело нарушенным развитием ацинусов и островков погибают вскоре после рождения. Оценка онтогенетических маркеров в мутантной поджелудочной железе выявляет неспособность к экспансии панкреатического зачатка, блокаду дифференцировки экзокринных и эндокринных клеток и арест на стадии первичного протока. Сравнивая их относительные онтогенетические активности, было установлено, что Foxa2 является основным регулятором, способствующим развитию поджелудочной железы и клеточной дифференцировке. Используя chromatin immunoprecipitations (ChIP) и ChIP sequencing (ChIPSeq) хроматина поджелудочной железы плодов и островков, было показано, что Foxa1 и Foxa2 преимущественно оккупируют дистальный энхансер в положении -6.4 kb относительно места старта транскрипции в гене Pdx1 . Кроме того, оккупация хорошо охарактеризованного проксимального Pdx1 энхансера с помощью Foxa1 и Foxa2 зависит от стадии развития. Т.о., регуляция экспрессии Pdx1 с помощью Foxa1 и Foxa2 является ключевым ранним событием, контролирующим экспансию и дифференцировку зачатка поджелудочной железы.



Shuai Li (sl674@cornell.edu) Adam B Francisco (abf22@cornell.edu) Robert J Munroe (rjm69@cornell.edu) John C Schimenti (jcs92@cornell.edu)Qiaoming Long (ql39@cornell.edu)
SEL1L deficiency impairs growth and differentiation of pancreatic epithelial cells
BMC Developmental Biology 2010, 10:19 doi:10.1186/1471-213X-10-19


Поджелудочная железа позвоночных содержит островковые, ацинарные и протоковые клетки. Эти клетки происходят из временного пула мультипотентных панкреатических предшественников во время эмбрионального развития. Информация о генетических детерминантах, регулирующих органогенез поджелудочной железы, может помочь разработке клеточной терапии для лечения diabetes mellitus. Ген Suppressor enhancer lin12/Notch 1 like (Sel1l) кодирует цитоплазматический белок, который экспрессируется на высоком уровне в развивающейся поджелудочной железе мыши. Был охарактеризован панкреатический фенотип мышей, несущих gene trap мутацию в Sel1l. Было показано, что экспрессия Sel1l в развивающейся поджелудочной железе совпадает с дифференцировкой эндокринного и экзокринного клонов. Мыши, гомозиготные по gene trap мутации, погибают пренатально и имеют нарушенную морфологию и дифференцировку панкреатического эпителия. Клетки панкреатического эпителия у Sel1l мутантных эмбрионов ограничиваются клеточным состоянием предшественников в течение всего вторичного перехода. Фармакологическое ингибирование передачи сигналов Notch частично нормализует фенотипические панкреатические отклонения у Sel1l мутантных эмбрионов. Полученные данные указывают на то, что ген Sel1l важен для роста и дифференцировки панкреатических эпителиальных клеток энтодермального происхождения во время эмбрионального развития мыши.
DYNAMICS of PANCREATIC DEVELOPMENT


Pancreatic Morphogenesis


Первыми признаками развития поджелудочной железы у грызунов является образование двух независимых утолщений или "зачатков", содержащими несколько сотен клеток, рна дорсальной и вентральной стороне энтодермальной первичной кишечной трубки на стадии 20-22 сомитов. Эти области обнаруживаются непосредственно позади зачатка желудка.
Началом развития является т.наз. "primary transition", означающий изменения формы панкреатических доменов кишки и приобретение клетками панкреатического статуса. Период детерминации поджелудочной железы приходится на промежуток между 6- и 10 сомитами у крыс (Е8.0 у мышей). Сравнительно недавние исследования показали, что дорсальные и вентральные программы поджелудочной железы не полностью идентичны и слегка асинхронны, т.к. они получают разные сигналы от окружающих тканей.
Дорсальный панкреатический зачаток развивается в тесной близи к хорде. Эта близость существенна. Нескоько позднее, т.к. хорда смещается дорсолатеральной спланхнической мезенхимой, которая формирует дорсальную аорту между дорсальным эпителием и хордой , то новым набором сигналов обмениваются аорта и поджелудочная железа. Выявлено участие нескольких морфогенетических сигнальных систем (включая FGF, VEGF, hedgehog-типа лиганды).
Вентральный зачаток панкреас развивается в тесной связи с эпителием печени и желчных протоков, которые формируются на вентральной стороне кишки. Вентральная часть панкреас первоначально развивается в виде двух независимых энтодермальных областей вентральной части передней кишки, расположенных латерально, которые сводятся вместе во время закрытия кишечной трубки. Развитие вентральной части панкреас тесно связано с органогенезом печени, последняя специфицируется благодаря своей близости к инструктивным сигналам от кардиальной мезодермы. Определенно, программа вентральной части панкреас инициируется благодаря отсутствию инструктивных сигналов. Программа детерминации судьбы вентральной части панкреас, по-видимому, осуществляется самопроизвольно, т.к. в отсутствие кардиальной индукции клетки домена проспективной печени приобретают судьбу вентральной части поджелудочной железы. Даже у взрослых мышей наблюдается пластичность между судьбой панкреас и печенью, это наблюдается естественно и часто. Гибкость существует также между панкреатической и желудочной судьбой, а также между панкреатической и двенадцатиперстной судьбой. Это подчеркивает существование общих генетических компонентов между этими производными энтодермы.
После инициальной спецификации эпителиальное утолщение, представляющее собой изменения в направлении панкреас, через день превращается в эпителиальные эвагинации. Они образуются перпендикулярно стенке кишки, предназначенной стать двенадцатиперстной кишкой (Рис. 1). Эпителий оказывается многослойным стратифицированного типа, состоящий из клеток в высоким ядерно/цитоплазматическим соотношением. Этот состав сильно отличается от более позднего однослойного эпителия зрелых панкреатических протоков. На этой стадии мезодермальные клетки (панкреатическая мезенхима) тесно ассоциирована с панкреатическим эпителием. Их развитие управляется в основном пролиферативными сигналами. И у мышей и у крыс панкреатический эпителий заметно увеличивается в последующие дни, в течение которых сохраняется многослойная природа эпителия, хотя начинается постепенное истончение и становятся выраженными образование эпителиальных долек (lobulation).
Общепринято, сто поджелудочная железа подвергается процессу морфогенетического ветвления, который сопровождает экспансию эпителия. Как недавно было установлено Hogan and Kolodziej (2002) тубулогенез отличается структурно в органах, подвергающихся морфогенезу ветвления. В лёгких наблюдается непрерывное увеличение и складкообразование эпителиальных слоёв и этот процесс управляется мезенхимно-эпителиальными взаимодействиями (cross-talk). Особым процессом является классического типа морфогенез ветвления (Рис. 2А). Напротив и в поджелудочной железе и слюнных железах образование древа из протоков происходит благодаря процессу внутриэпителиального образования просветов, причем множественные микропросветы в конечном счёте сливаются, образуя непрерывные просветы, вокруг которых формируется сеть протоков (Рис. 2В). Это является первой временной точкой, когда клетки, приобретают типичную базально-апикальную полярность, отражающуюся в кубической/прямоугольной форме эпителиальных клеток. Субнаборы энтодермальных популяций клеток при этом формируют древо протоков, которое в зрелом состоянии отводит экзокринные секреторные продукты. Морфологические изменения сопровождаются появлением более дифференцированных характеристик, таких как экспрессия генов-маркёров для протоков (напр., CFTR, carbonic anhydrase II, mucins и повышенная экспрессия определенных цитокератинов. Пока нет данных, как эти клеточные субнаборы панкреатической энтодермы приобретают судьбу протоковых клеток и каков механизм панкреатического тубулогенеза.
Индивидуальные типы клеток в ходе развития отличаются присутствием секреторных гранул, это позволяет чётко отличать β-клетки, α-клетки и экзокринные типы. Установлено, что зрелые β-клетки и экзокринные не обнаруживаются вплоть до 15 дня эмбриогенеза у крыс (Е15 соответствует Е13.5 у мышей). Однако, клетки, продуцирующие глюкагон обнаруживаются на ранней сомитной стадии одновременно с процессом почкования. На основании этих данных была предложена модель развития поджелудочной железы. Во время "первичного перехода" клетки соотв. областей кишки становятся предназначенными формировать поджелудочную железу. Они приобретают молекулярные характеристики, которые м.б. обозначены как "панкреатическое состояние". Лишь немногие клетки содержат α-подобные гранулы, а остальные эпителиальные клетки характеризуются как "протодифференцированные". Этот термин используется для отражения присутствия низких уровней панкреас-специфичных терминальных генных продуктов, таких как инсулин и амилаза. Эта терминология всё ещё м. использоваться для описания "панкреатического состояния" клеток. Пока не получено подтверждения концепции клеточных внутренне присущих регуляторов, обеспечивающих такую детерминацию клеток.
Во время "вторичного перехода" - относительно короткого периода между Е13.5 и Е15.5 у мышей (Рис. 3) - белковая концентрация β-клеток и экзокринных продуктов увеличивается в 100-1000 раз. Одновременно наблюдается увеличение инсулина, амилазы, carboxypeptidase A, lipase и chymotrypsin. В этот момент времени начинает распознаваться структура взрослого органа. После вторичного перехода немногие клетки поджелудочной железы сохраняют свой тип предшественников, происходит экспансия за счёт роста полностью дифференцированных типов клеток. Экзокринные клетки сильно пролиферируют после своей дифференцировки, а эндокринные клетки обнаруживают сильную митотическую активность ближе к рождению. В этот промежуток времени эндокринные клетки агрегируют за счёт миграции в кластеры в процессе "isletogenesis" (Рис. 4).

Lineage Determination During Pancreagenesis


Появление глюкагон-содержащих клеток в первичных зачатках является первым доказательством цитодифференцировки панкреатических клеток. Считалось, что это предшественники всех клеток эндокринного клона. Однако, анализ клональных взаимоотношений показал, что это не так. Было установлено с использованием токсинов, что инсулин- и глюкагон-продуцирующие клетки не родственны. Позднеее был проведен анализ клонов с использованием метода Cre-Lox. И не удалось показать, что инсулиновые клетки не проходят через стадию экспрессии глюкагона (Herrera, 2000). Так как реципрокные эксперименты также показали. что и глюкагоновые клетки не развиваются через стадию экспрессии инсулина, то было сделано заключение, что эти типы клеток развиваются независимо. Это было подтверждено и Jensen et al., (2000a). Несмотря на это общий источник эндокринных клеток существует на уровне предшественников, экспрессирующих не гормональные продукты, так, α- и β-клетки развиваются из PDX1-позитивных клеток Herrera, 2000). Gu et al., (2002) показали, что все происходящие из энтодермы клетки поджелудочной железы - эндокринные, экзокринные и клетки протоков - происходят из предшественников, экспрессирующих Pdx1. Установлено, что клон клеток протоков специфицируется внутри короткого периода времени между Е9.5 и Е12.5 у мышей. Такого временного ограничения не отмечено для экзокринных и эндокринных клеток. В противоположность общим предшественникам, экспрессирующим Pdx1, клетки, экспрессирующие Ngn3-Cre были почти исключительно эндокринного типа (Gu еt al., 2002), что согласуется с др. исследованиями (Gradwohl et al., 2000; Jensen et al., 2000a; Schwitzgenel et al., 2000). Наконец, Kawaguchi et al., (2002) используя нокаут гена Ptf1a, в который вставлена Сre-рекомбиназа, выявили, что панкреатические экзокринные клетки возникают из предшественников, экспрессирующих Ptf1a, кроме того установили, что Ptf1a подобно Pdx1 экспрессируется в недифференцированных панкреатических предшественниках. Всё это демонстрирует, что зрелые панкреатические клетки проходят стадию общего предшественника, экспрессирующего гены Ptf1a и Pdx1 - и что дифференцировка в направлении эндокринного клона происходит посредством перехода к Ngn3 экспрессирующим предшественникам, которые не являются предшественниками неэндокринных клонов.
Fishman and Melton (2002) получили дальнейшие доказательства существования общих эндо/экзокринных предшественников.

GENETIC NETWORKS


Overview of the Genetic Network of Pancreatic Development


На дополнительном Рис. 1 (доступном online http://www.interscience.wiley.com/jpages/1058-8388/suppmat) дана схема сцепления некоторых известных на сегодня взаимодействий генов, участвующих в развитии поджелудочной железы. Первыми генами, которые участвуют в предопределении энтодермальной судьбы и играют роль во время гаструляции, когда формируется энтодерма, являются напр.. Sox, Mix. После детерминации энтодермы определенные гены расположены в "стержне энтодермальной программы", сюда входят некоторые гены HNF типа (напр., Hnf1β(tcf2), HNF1α (tcf1), Hnf4, Hnf3β (Foxa2), Hnf6 (Onecut1), каждый из которых становится всё более и более ограниченным специализированными энтодермальными клетками на более поздних стадиях. Один из них, Foxa2, позитивно авторегулируется, указывая на внутренне присущую стабильность этого определенного состояния. Многие из этих генов играют роль в ткане-специфичной регуляции генов во взрослых клетках, включая поджелудочную железу, печень и кишечник. В таких случаях эти факторы, по-видимому, кооперируют со многими ткане-специфическими регуляторами, такими как Pdx1 (ipf1; поджелудочная железа), gata4 (кишечник, печень) или c/ebp-α или COUP-TFII (печень). Спецификация более специализированных компартментов энтодермы предопределяется пространственной активацией определенных генов сети с помощью - в значительной степени - неизвестных морфогенетических стимулов, регулирующих сами себя с помощью внутренних факторов. Т.о., панкреатическая детерминация осуществляется с помощью активации Pdx1 и HB9 и непосредственно сопровождается дальнейшей активацией др. генов (напр.. Nkx2.2, Nkx6.1). По сравнению с развитием кишечника, где активируются Cdx1 и Cdx2, которые помогают гарантировать экспрессию специфичных для кишечника генов. Состояние панкреатической детерминации не является перманентным - клеткам необходимо приобретать свою более специализированную окончательную судьбу и подобная специализация осуществляется с использованием клеточных внутренне присущих регуляторов. В случае эндокринных частей панкреас это включает активацию neurogenin3 (atoh5), сопровождаемую несколькими генами, которые м.б. общими эндокринным клеткам (напр., Pax6, Isl1, NeuroD) или клеточно-специфичными (напр., Pax4, Brn4) среди эндокринных типов в панкреатических островках. Аналогично развитие экзокринных клеток отражается в непрерывной активации гена Ptf1? сопровождаемой геном Mist1. Некоторые гены, такие как ядерный рецептор 5А2 (nr5a2) или gata4, скорее всего м. играть роль но эти гены не специфичны для поджелудочной железы, и снова обнаруживается, что набор из комбинации генов детерминирует тканевую специфичность, а не единичное действие высоко специфичного мастера-регулятора.
Детали для всех генов, описанных в обзоре м. найти в Приложении в Табл. 1 (http://www.interscience.wiley.com/jpages/1058-8388/suppmat).

Endodermal Establishment and the Core Endodermal Program


Endoderm Formation
Вопрос формирования энтодермы рассмотрен в др. работах (Wells and Melton, 1999; Hogan and Zaret, 2002; Zaret, 2002). Энтодерма формируется во время гаструляции из набора клеток в вблизи и спереди от узелка, который занимает положение на вентральной поверхности яйцевого цилиндра у эмбрионов мышей после миграции через первичную полоску. У рыб генетическая сеть состоит из Mix-подобного гомеодоменового гена bonnie-and-clyde (Bon) и HMG-box гена Casanova (sox32, alike Sox17), которая помогает индуцировать Sox-типа ген Sox17, который действует, чтобы гарантировать развитие энтодермы (Alexander et al., 1999). Более того, TGFβ/BMP-типа лиганд Nodal или постоянно активный тип BMP рецептора предопределяют экспрессию Casanova посредством Mixer, указывая тем самым на вовлечение системы передачи сигналов ВМР (Alexander and Stainer, 1999). У Xenopus высокие концентрации TGFβ/BMP-типа лиганда activin индуцируют развитие энтодермы, а Xenopus Sox17 и MIXER оба оказываются достаточны для индукции эндокринной программы (Henry and Melton, 1998). Activin, как было установлено, индуцирует также ген XIhbox8 (Gamer and Wright, 1995), который является ортологом Pdx1 млекопитающих. Это указывает на то, что формирование поджелудочной железы происходит при высоких уровнях передачи activin-подобных сигналов. Однако, активин м. и не быть настоящим TGFβ/BMP-типа лигандом, оперирующим для предопределения энтодермальной программы. Скорее всего индуцирующие субстанции являются гетеродимерами, состоящими из членов Xnr (Xenopus nodal-related) генов (Takahashi et al., 2000) или у млекопитающих из их ортологов. Близким гомологом MIXER у млекопитающих является Mix1 и он индуцирует энтодермальную программу, если экспрессировать его у Xenopus (Mohn et al., 2003). Сходным образом ортолог млекопитающих Sox17 также необходи для формирования энтодермы (Kanal-Azuma et al., 2002). Nodal/BMP-подобные сигналы м. также участвовать в индукции энтодермы у млекопитающих, т.к мыши, дефицитные по ВМР сигнал трансдуцирующему фактору SMAD2 (madh2) не способны генерировать энтодерму (Tremblay et al., 2000). Сходным образом культуры эмбриональных стволовых (ES) клеток, дефицитных по гетеродимерному партнёру к SMAD2, SMAD4 (madh4), не генерируют энтодермы (Yang et al., 1998). TGFβ/BMP-лиганд (или комбинация), который м. индуцировать энтодерму у млекопитающих, ещё предстоит найти.
Семейство генов Gata , по-видимому, связано с генами раннего предопределения энтодермы (Mix-типа, Sox-типа) , а позднее со специфичными для для энтодермы генами. Мутации рыбок данио и Xenopus. Gata5 участвует в энтодермальном развитии. Мутация у рыбок данио faust (Gata5) вызывает сильную редукцию энтодермального компартмента со сниженной экспрессией гена axial (ортолог Foxa2), а также sox17 (Reiter et al., 2001). У лягушек экспрессия Gata5 непосредственно стимулируется с помощью активина, а избыточная экспрессия Gata5 способна индуцировать энтодерму в анимальной шапочке (Weber et al., 2000). Геном мыши и человека содержит близких гомологов gata5. Специфическая роль мышиного Gata5 в развитии энтодермы не установлена. Мыши, мутантные по Gata5 обладают поздними дефектами в моче-половой функции и жизнеспособны (Molkentin et al., 2000b). Возможно, что мышиный ген Gata6 м. перекрывать ген Gata5 мыши. Др. возможность, что Gata6, хотя и обладает слабым сходством с лягушачьим и рыбьим Gata5 является настоящим функциональным ортологом и что мышиный Gata5 не играет роли в развитии энтодермы.
Ключевым геном в энтодермальном развитии у большинства генов является forkhead ген Foxa2 или его ортологи, подобные axial (Ang et al., 1993; Ang and Rossant, 1994). Используя Foxa2 в качестве маркёра энтодермального развития Guo et al. открыли, что энтодермальная дифференцировка в отсутствие репрессии энтодермальной судьбы м.б. важной в качестве позитивно действующих инструктивных сигналов. При изучении индукции энтодермы в ES клетках было установлено, что экспрессия Foxa2 обеспечивается с помощью Foxd3 (генезис) и ингибируется с помощью POU-доменового фактора Oct4 (Guo et al., 2002). Т.о., энтодермальная дифференцировка м. регулироваться с помощью снижения или потери экспрессии Oct4 (pou5f1). В отношении роли Foxd3 имеется интересное наблюдение, т.к. Oct4 (pou5f1) и Foxd3 обычно оба экспрессируются в недифференцированом состоянии ES клеток, а Foxd3 , как было показано, играет роль в развитии нейрального гребня (Kos et al., 2001), но не экспрессируется в развивающейся энтодерме. Основным заключением из исследований, базирующихся на анализе трансфекций, является то, что избыточная экспрессия Foxd3 м. воспроизводить способность др. члена семейства Fox по индукции энтодермы. Тем не менее, результаты подчёркивают важность порогового уровня активности членов семейства Fox в предопределении энтодермальной судьбы. У нормальных эмбрионов Foxa2 м.б. важным геном, т.к. те клетки, которые становятся энтодермальными, возникают из популяции клеток пре-энтодермального домена эпибласта, экспрессирующих Foxa2 (Ang et al., 1993).

A “Core Endodermal Program”— and Variations Thereof.
У мышей, время от поздней полоски гаструлы (E7.5) до начала видимого органогенеза (E8.5, 6-10 somites) составляет всего 24 ч и во время этого периода события формирования пре-паттерна подразделяют энтодерму на независимые компартменты. Напр., в передней позиции, TTF/Nkx2.1(Nkx2.1) участвует в развитии щитовидной железы и лёгких (Kimura et al., 1999; Yuan et al., 2000), a более кзади, cdx2 управляет развитием кишечника (Beck et al., 2003). В промежутке ген hex регулирует развитие печени и щитовидной железы (Martinez Barbera etal., 2000; Keng et al., 2000). Гены, принадлежащие к 4 Hox-кластеру, экстенсивно подразделяются в энтодермальных компартментах (Sekimoto et al., 1998; Kawazoe et al., 2002; Beck, 2002). Однако, эти гены не специфичны для энтодермы и одинаково важны для формирования паттерна др. зародышевых слоёв, где были изучены более детально (Hunt and Krumlauf, 1991; Tam and Trainor, 1994; Trainor and Krumlauf, 2001). Меньшая группа более ограниченных генов взаимно взаимодействует в ранних энтодермальных клетках и активно вовлекается в ткане-специфическую регуляцию, а также экспрессируется во многих полностью дифференцированных типах клеток, энтодермального происхождения, включая и поджелудочную железу. Я обозначаю набор таких генов как "core endodermal program" (Supp. Fig. 1, доступная www3. interscience.wiley.com/cgibin/jhome/38417), хочу предостеречь, что не все члены экспрессируются всеми позднего энтодермального происхождения популяциями, а некоторые даже экспрессируются не-эндодермальными клетками. Необходимо также отметить, что значительно меньшие вариации в экспрессии и изменения в пост-трансляционных модификациях разных генов и их продуктов мю. оказаться важными для распределения судеб среди энтодермальных клеток.
Ген Foxa2 является ключевым регулятором и участвует в лёгочно- (Costa et al., 2001), печеночно- (Cirillo et al., 2002), и панкреас-специфической (Cockell et al., 1995; Wu et al., 1997) экспрессии генов у взрослых. Мыши, лишенные Foxa2 не способны генерировать энтодерму передней- и средней кишки (Ang and Rossant, 1994). Foxa2, вместе с Gata4, участвует в раскрытии хроматина промотора albumin и т.о., важен для инициации экспрессии печень-специфических генов (Cirillo et al., 2002). Неожиданно оказалось, что Foxa2 не нужен для поддержания экспрессии печёночных генов, т.к. экспрессия лишь немногих генов меняется у печень-специфических мутантов Foxa2 (Sund et al., 2000). Этот результат м.б. обусловлен перекрыванием активностей с др. членами семейства Fox, такими как Hnf3α (Foxa1), и/или Hnf3γ (Foxa3) (Sund et al., 2000). Foxa2 регулируется с помощью нескольких др. генов, стоящих выше, помимо наиболее вероятно импульсов от межклеточных сигналов, необходимых для предопределения энтодермы во время гаструляции. В печени и поджелудочной железе ядерный рецептор nr5a2 м. помогать поддержанию экспрессии Foxa2 (Pare et al., 2001). А также и гомодоменовый фактор Hex м.б. важным, т.к. в его отсутствие экспрессия Foxa2 в клетках печени, но не в передней кишке, теряется. Однако, неясно м. ли эта находка обусловливать потерю печеночных предшественников или потерю позитивной регуляции промотора Foxa2 (Martinez Barbera et al., 2000).
Возможно, что нижестоящей мишенью для Foxa2 является Hnf4, др. интегральный член основы энтодермальной программы (Bailly et al., 2001). Этот стероидный рецептор прежде всего необходим для развития висцеральной энтодермы (Chen et al., 1994). Hnf4 затем становится необходимым для нормальной дифференцировки печеночных клеток (Li et al., 2000). Эта роль, по-видимому, осуществляется посредством регуляции экспрессии Hnf1α с помощью HNF4 (Hayhurst et al., 2001), т.к. экспрессия Hnf1α (Tcf1) отсутствует в Hnf4-/- печени. Напротив, др. члены базовой энтодермальной программы (Foxa1 [Hnf3α], Foxa2 [Hnf3β], Foxa3 [Hnf3γ], Hnf1β[Tcf2], Hnf6 [onecut1], Gata4) не меняются в Hnf4-/- эмбриональной печени (Li et al., 2000). HNF4 и HNF1α действительно поддерживают экспрессию др. др. в клетках гепатомы и каждый из них способствует печеночной программе (Bailly et al., 1998). Помимо печени HNF4 участвует в ткане-специфической регуляции кишечника и поджелудочной железы у взрослых (Sladek et al., 1990; Hayhurst et al., 2001). Он экспрессируется в ходе всего развития поджелудочной железы, но его роль в этом процессе не изучена. Однако, недавно LoxP-фланкированные Hnf4-/- мыши сделали возможным такое исследование (Parviz et al., 2002). Мишень для HNF4, Hnf1α(Tcf1), является вариантом фактора гомеодоменового типа, который участвует как в печеночно-, так и панкреас-специфической экспрессии генов. Он экспрессируется в недифференцированных панкреатических предшественниках, а также в зрелых экзокринных и эндокринных клетках (Nammo et al., 2002). Во взрослой поджелудочной железе, и Hnf1α (Tcf1) и Hnf4 важны для функции взрослых β-клеток. Гипоморфные мутации Hnf4 ответственны за MODY1 (maturity onset diabetes of the young) (Yamagata et al., 1996a), а Hnf1β (Tcf2) мутации ответственны за MODY3 (Yamagata et al., 1996b). Наблюдение, что компаундные двойные гетерозиготные мутанты Hnf1α (Tcf1), Hnf4, или Foxa2 с Pdx1 вызывают выраженные дефекты функции β-клеток (Shih et al., 2002) подтверждает гипотезу, что эти гены оперируют совместно в полностью развитых β-клетках.
Два гена, Gata6 и Hnf1β (Tcf2), расположены выше пары Hnf4/Hnf1α. GATA6 и HNF1β активируют промотор Hnf4 (Morrisey et al., 1998a). Потеря Gata6 ведет к потере вне-эмбрионального развития, это указывает на то, что GATA6-HNF4 взаимодействие на этой стадии является критическим (Morrisey et al., 1998a; Koutsourakis et al., 1999). Gata6 не нужен для предопределения энтодермы, но участвует в её дифференцировке (Morrisey et al., 1998b). Эмбриоидные тела, дефицитные по Gata6 не способны активировать множественные энтодермальные маркёры, включая Hnf4, Foxa2, и Gata4 (Morrisey et al., 1998b). Gata6 не ограничивается ролью в ранней энтодерме и экспрессируется во многих не-энтодермальных типах клеток (Narita et al., 1996). В лёгких gata6 необходим для морфогенеза ветвления (Keijzer et al., 2001; Yang et al.,2002), a в сердце gata6 участвует в развитии кардиогенной мезодермы (Molkentin et al.,2000a). Кроме того, gata6 экспрессируется на высоком уровне таких тканях как яичники, головной мозг и молочные железы. HNF1β, с др. стороны, значительно сильнее ограничен тканями энтодермального происхождения, такими как печень, лёгкие и поджелудочная железа, хотя его транскрипты идентифицированы также в почках и матке. HNF1β считается также как ген, причастный к возникновению MODY, MODY5 (Horikawa et al., 1997), это снова подчеркивает законсервированность сети генов в β-клетках. В почках мутации HNF1β ответственны за glomerulocystic kidney disease (Bingham et al., 2001; Sun and Hopkins, 2001), и Hnf1β, как недавно было поазано Sun и др., играет роль в некоторых аспектах энтодермального развития рыбок данио, включая собственно предопределение экспрессии Pdx1 и Shh в кишке (Sun and Hopkins, 2001). У мышей потеря Hnf1β вызывает нарушение развития как висцеральной, так и дефинитивной энтодермы, включая отсутствие экспрессии Hnf4, Hnf1α, and Hnf3γ (Coffinier et al., 1999; Barbacci et al., 1999). Печень-специфическая потеря Hnf1β ведет к нарушению развития внутри-печеночных желчных протоков и вызывает дисплазию эпителия желчного пузыря (Coffinier et al., 2002). Т.о., Hnf1β, по-видимому, играет роль и в предопределении энтодермальной программы, т.е. в специализации судеб, и занимает центральное положение и во взрослых клетках.
Продукты последних двух генов Hnf6 and nr5a2 сегодня м.б. наделены, по крайней мере, суб-ролями в энтодермальной программе. И HNF6 (onecut1, a CUT-domain гомеодоменовый транскрипционный фактор) и nr5a2 (LRH/PHR/FTF) экспрессируются преимущественно в печени и поджелудочной железе, но не в др. производных энтодермы. Т.о.. эти гены взаимодействуют со стержнем программы внутри домена, включающего печень и поджелудочную железу. Hnf6, по-видимому, играет роль в детерминации поджелудочной железы и м.б. одним из важных перекидывающих мост компонентов между генами основной энтодермальной программы и теми, которые более специфичны для поджелудочной железы. Hnf6-/- мыши дефицитны по развитию эндокринной части панкреас, где этот ген необходим для активации Ngn3 внутри клеток панкреатических предшественников (Jacquemin et al., 2000). Однако, Hnf6 играет свою роль даже раньше, т.к. Hnf6 мутанты имеют тяжелую гипоплазию вентральной части поджелудочной железы и недостаточное развитие желчных протоков (Clotman et al., 2002). Установлено, что Hnf6 экспрессируется и до активации Pdx1 в проспективном панкреатическом домене, а его белок способен активировать промотор Pdx1 (Jacquemin et al., 2003). HNF6 активирует также ген Foxa2 (Rausa et al., 1997). Т.о., параллельная стимуляция промотора Foxa2 м. помочь в предопределении разных уровней белка FoxA2. Это м.б. важным, если Foxa2 также действует посредством порогового механизма позднее в энтодермальном развитии. Экспрессия самого гена Hnf6 активируется с помощью HNF1β and HNF4 (Lahuna et al., 2000). Всё это м. указывать на то, что постепенная спецификация панкреас, по-видимому, происходит посредством усовершенствования экспрессии благодаря перекрёстно-регуляторной активности избранных членов стержневой энтодермальной программы.
Роль Nr5a2 менее ясна. Nr5a2 экспрессируется рано в энтодермальном развитии в домене для печени и поджелудочной железы (Rausa et al., 1999). Некоторые наблюдаения помещают ген Nr5a2 в центр стадии в печеночной транскрипции. Nr5a2 регулирует экспрессию α-fetoprotein (Galarneau et al., 1996), но он кроме того способен активировать Hnf1α, Hnf4, и Foxa2 промоторы путём связывания сайтов в вышестоящих регионах (Pare et al., 2001). Следовательно, даже если ограничен печенью и поджелудочной железой, Nr5a2 взаимодействует интимно с центральными членами стрежневой энтодермальной программы. Анализ области промотора Nr5a2 также выявил потенциальные GATA связывающие сайты, указывающие на то, что ранние энтодермальные факторы (возможно GATA6 или GATA4) м. помогать в установлении экспрессии Nr5a2 (Pare et al., 2001). Кроме того, Hnf1β и Foxa2 м. активировать промотор Nr5a2 (Zhang et al., 2001). Мало известно относительно участия Nr5a2 в панкреатической генной экспрессии, но м. ожидать, что фактор и. регулировать здесь Hnf1α, Hnf4, и Foxa2. Заметим, что Nr5a2 экспрессируется только в клетках протоков и экзокринных клетках зрелого органа (Rausa et al., 1999; Zhang et al., 2001), демонстрируя тем самым, что Nr5a2 не участвует в экспрессии группы Hnf1α, Hnf4, Foxa2 во взрослых β-клетках. С др. стороны, возможно, что Nr5a2 участвует непосредственно в транскрипции экзокринных генов. Итак, индивидуальные энтодермальные клетки интегрируются за счёт использования общего набора генов в ходе своего развития. Некоторые из этих факторов более ограничены, чем др., но чтобы обеспечить действительную органную специфичность необходим др. слой генов, накладывающихся на общую программу. Для поджелудочной железы, такая специфичность начинается с Pdx1.



Pdx1.
Ген Pdx1 (Ipf1) был первым геном, обнаружившим клеточно-автономную необходимость для формирования поджелудочной железы у мышей (Jonsson et al., 1994) и у людей (Stoffers et al., 1997b). Он был первоначально выделен тремя независимыми группами как A1-элемент связывающий белок промотора инсулина (Ohlsson et al., 1993) и TAAT-связывающий фактор соматостатинового вышестоящего энхансера (Leonard et al., 1993; Miller et al., 1994) и только постепенно выяснилось его онтогенетическое значение, когда ген был делетирован. Экспрессия Pdx1 начинается в эпителиальных клетках дорсального и вентрального панкреатического зачатка на ст. 10 сомитов (E8.5). Низкая его экспрессия обнаруживается в соседних проспективных дуоденальных и задних желудочных клетках (Fig. 1). Pdx1 персистирует как гомогенно экспрессирующийся в панкреатическом эпителии, когда последний последовательно эвагинирует и разветвляется в течение последующего периода. Ранние glucagon-продуцирующие эндокринные клетки не экспрессируют Pdx1. В начале вторичного перехода гетерогенность экспрессии Pdx1 становится очевидной. Insulin-экспрессирующие β-клетки усиливают активность экспрессии Pdx1, а дифференцирующиеся экзокринные клетки постепенно теряют Pdx1, хотя продолжают экспрессировать белок на низком уровне. Клетки протоков также снижают экспрессию Pdx1, и в конечном итоге только β-клетки и суб-набор δ-клеток экспрессируют Pdx1 (Oster et al., 1998). Pdx1, как известно, участвует в нескольких аспектах фунционирования взрослых β-клеток, включая активацию промоторов insulin (Ins), IAPP (Iapp) и glucokinase (Gck) (Peers et al., 1994; Petersen et al., 1994; Serup et al., 1996; Chakrabarti et al., 2002). Важно, что Pdx1 гаплонедостаточность затрагивает функцию взрослых β-клеток, так гетерозиготные Pdx1+/- мыши обладают пониженной секрецией инсулина и пониженной экспрессией Glut2 (Brissova et al., 2002). Т.о., на уровне белка Pdx1 управляет важными аспектами функции β-клеток. Нулевые Pdx1 эмбрионы обнаруживают сильную гипоплазию дорсальной и вентральной частей поджелудочной железы, с ограниченной дифференцировкой glucagon-клеток, отсутствием развития Brunners желёз в двенадцатиперстной кишке и неспособностью спецификации гастрин-продуцирующих эндокринных клеток желудка (Jonsson et al., 1994; Offield et al., 1996). Происходит инициальное образование зачатка, показывающее, что Pdx1 не является существенным для этого аспекта развития панкреас. Заслуживает внимания присутствие эндокринных клеток, т.к. клональное отслеживание cre-lox показывает, что эндокринные клетки происходят из Pdx1+ предшественников (Herrera, 2000; Gu et al., 2002). Однако, т.к. эти ранние эндокринные клетки не нуждаются в активности Pdx1 для своего образования, то мы приходим к заключению, что, по крайней мере, ранняя эндокринная программа м. функционировать независимо от Pdx1. Потребность в Pdx1 обнаруживается вскоре после отпочкования панкреатических зачатков, это проявляется в неспособности недифференцированных клеток поджелудочной железы разрастаться. Некоторые возможности могли бы объяснить этот эффект. Напр., (1) Pdx1 клеточно автономно необходим клеткам предшественникам, позволяя им поддерживать своё состояние делений; (2) Pdx1 необходим для продукции секретируемого фактора, который д. участвовать в механизме передачи сигналов по петле обратной связи с соседнюю панкреатическую мезенхиму; или (3) уменьшенное число энтодермальных предшественников специфицируется в панкреатический клон. Третья возможность, кажется мало вероятной, т.к. инициальная область зачатка не отличается у дикого типа и Pdx1-нулевых мышей (Offield et al., 1996). Первая гипотеза недавно получила подтверждение при изучении мышей, лишенных Fgf10 (Bhushan et al., 2001). Эти мыши имеют аномальный рост панкреатического эпителия, это м.б. обусловлено дефицитом передачи сигналов между мезенхимой и эпителием, т.к. Fgf10 экспрессируется только в мезенхиме (Bhushan et al., 2001). Важно, что экспрессия Pdx1 теряется в панкреатическом эпителии у Fgf10 нулевых мышей (Bhushan et al., 2001), это позволяет расположить Pdx1 как нижестоящую мишень по отношению FGF-сигнального пути. У мутантов Pdx1 общая структура дорсальной части панкреатической мезенхимы и образование селезенки нормальны (Ahlgren et al., 1996). Следовательно, дорсальная часть панкреатической мезенхимы способна реагировать на механизмы локального формирования паттерна, указывая тем самым на то, что она находится внутри панкреатической мезенхимы, в которой экспрессируются гены, управляющие ранней панкреатической геометрией поджелудочной железы. Активность Pdx1 модулируется с помощью Pbx1. Pbx1 способен формировать гетеродимеры in vitro с Pdx1, он является членом семейства TALE гомеодоменовых факторов, которые, как известно, обеспечивают специфичность связывания с др. гомеодоменовыми партнёрами. Комплекс Pbx1/Pdx1 м.б. важным для обеспечения различий в активности Pdx1 в эндокринных и экзокринных клетках, т.к. связывание Pbx1/Pdx1 и одного Pdx1 не идентично в Pdx1-связывающих сайтах промотора экзокринно-специфичной elastase и элемента A1 гена инсулина (Swift et al., 1994). Pbx1 важен для раннего развития поджелудочной железы, т.к. у Pbx1-/- развивается гипоплазия поджелудочной железы и снижается дифференцировка экзо- и эндокринных клеток (Kim et al., 2002). Этот фенотип м.б. обусловлен отсутствием гетеродимеров Pbx1/Pdx1 в клетках панкреатических предшественников, т.к. Pdx1-/- мыши, восстановленные с помощью дефектного по взаимодействию с Pbx1 мутанта Pdx1, также обнаруживают сильное уменьшение клеточной массы предшественников (Dutta et al., 2001). Гетеродимерный комплекс Pdx1/Pbx1 также важен для взрослых β-клеток, т.к. двойные гетерозиготы по мутантным аллелям Pdx1 и Pbx1 обнаруживают более тяжелый диабет и более сильную гипоинсулинемию, чем одиночные мутанты (Kim et al., 2002).
Несколько факторов основной энтодермальной программы активируют Pdx1, включая Foxa2, Hnf1α и Hnf1β (Wu et al., 1997; Gerrish et al., 2001; Lee et al., 2002b; Samaras et al., 2002). Скорее всего Pdx1 действует вместе с этими факторами, также как и с HNF4 во взрослых β-клетках, т.к. сам по себе Pdx1 известен как MODY ген (MODY4; Stoffers et al., 1997a). Pdx1 авторегулируется (Gerrish et al., 2001; Chakrabarti et al., 2002), это указывает на то, что экспрессия Pdx1 придаёт внутреннюю стабильность панкреатическому состоянию. Предопределение домена экспрессии Pdx1 не зависит от локальных условий среды во время первичного перехода, включая сигналы от хорды (Kim et al., 1997; Hebrok et al.,1998), это помогает репрессировать энтодермальную экспрессию shh expression в проспективном панкреатическом домене. Однако, во время раннего развития хорда соприкасается (aligned) с не-панкреатической энтодермой, так что необходимы также др. сигналы для предопределения панкреатической специфичности. Предполагается, что контакт с сосудистой тканью дорсальной и вентральной аорты, которые проходят в тесной близи от панкреатических доменов на стадии E9.0-E9.5, является важным. На дорсальной стороне это происходит благодаря слиянию по срединной линии двух дорсальных аорт, это смещает хорду прочь от энтодермы (Lammert et al., 2003). Установлено, что эндотелиальная ткань, включая не-панкреатический тип, такая как из пупочной артерии, м. индуцировать экспрессию Pdx1 в пре-панкреатичекой энтодерме (Lammert et al., 2003). Также мыши, трансгенные по pPdx1-VEGF фрагменту ДНК, как было установлено, содержат повышенные количества эндокринных клеток в поджелудочной железе, а инсулиновые клетки развивались в желудке в домене с активным промотором pdx1. Помимо прогрессивного усиления передачи сигналов хордой и эндотелиальной тканью и сама панкреатическая мезенхима м. играть роль в стабилизации панкреатической программы. Напр., экспрессия FGF10 в наиболее дистальной панкреатической мезенхиме (Bhushan et al., 2001) м. способствовать усилению экспрессии Pdx1, усиливая тем самым прогрессивное предопределение панкреатической судьбы. Обнаружение, что эктопическая передача сигналов FGF10 в поджеледучной железе способна поддерживать экспрессию Pdx1 за счёт ареста клеток в состоянии клеточных предшественников, подтверждает такую возможность (Norgaard, Jensen et al., in press).

Nkx2.2.
Член семейства NK Nkx2.2 является скорее всего мишенью для Pdx1. Nkx2.2 экспрессируется в эпителиальных предшественниках почти сразу после активации Pdx1. Он персистирует здесь в течение экспансии клеток предшественников, но позднее он ограничивается эндокринными α, β, и PP клетками. Т.к. ни α, ни PP клетки не экспрессируют Pdx1, то становится ясно, что Pdx1 не играет непосредственной роли в регуляции гена Nkx2.2 в этих клетках. Целенаправленные делеции Nkx2.2 не приводят к очевидным дефектам, затрагивающими экспансию или фенотип клеток предшественников. Дефицит Nkx2.2 вызывает аномальное созревание эндокринных типов клеток во время вторичного перехода. Sussel и др. установили, что у Nkx2.2-/- мышей эндокринные клетки дифференцируются в таких же количествах, что и в выводках дикого типа (Sussel et al., 1998). Однако, в отсутствие Nkx2.2, β-клетки неспособны активировать ген инсулина и обнаруживают потерю Nkx6.1, это указывает на то, что Nkx2.2 существенен для спецификации взрослых β-клеток (Sussel et al., 1998). Nkx2.2 имеет сложную геномную структуру, содержащую три независимых промотора. Специфичный для островков промотор 1a содержит сайты связывания для Foxa2 и NeuroD. Подобно Pdx1, иммунореактивность Nkx.2.2 строго увеличивается после дифференцировки β-клеток. Возможно, что Pdx1 и Foxa2 активруют Nkx2.2 в клетках панкреатических предшественников и после дифференцировки β-клеток Nkx2.2 затем усиливается присутствующим NeuroD. Nkx2.2 возможно связывается с инсулиновым промотором in vivo (Cissell et al., 2003), отмечается также связь с промотором Pax4 (Cissell et al., 2003).

Nkx6.1 and Nkx6.2.
Nkx6.1, который специфичен для β-клеток взрослой поджелудочной железы (Jensen et al., 1996), является др. потенциальной мшенью для Pdx1. Анализ промотора Nkx6.1 указывает на то, что ген активируется и Nkx2.2 и Pdx1 (Watada et al., 2000), а условная мутация Pdx1 в дифференцированных β-клетках ведет к потере характеристик дифференцировки параллельно с потерей Nkx6.1 (Ahlgren et al., 1998). Nkx6.1 обнаруживает существенное перекрывание во время ранней энтодермальной экспрессии с Pdx1 (Оster et al., 1998; Watada et al., 2000). Он экспрессируется в эвагинирующих дорсальном и вентральном зачтаках и обнаруживается сразу после активации Pdx1. Nkx6.1 также экспрессируется в развивающейся нервной системе, где он участвует в спецификации нейрональной судьбы (Vallstedt et al., 2001). В энтодерме Nkx6.1 полностью ограничен клетками развивающейся поджелудочной железы и отсутствует в соседних энтодермальных тканях. Т.к. обнаруживается градиент иммунореактивности Pdx1 между клетками двенадцатиперсной кишки и желудка, с одной стороны, (низкие уровни) и панкреатическими предшественниками, с др. стороны, (высокий уровень), то вполне возможно, что Nkx6.1 активируется только там, где уровни белка Pdx1 превышают определенный порог. Исследования избыточной экспрессии во время эмбриогенеза подтверждают это. Так, электропортация в развивающуюся энтодерму эмбрионов кур конструкции, экспрессирующей Pdx1, показала, что отпочкование панкреас и активация Nkx6.1 м.б. инициированы в энтодермальных доменах вне обычной панкреатической области (Grapin-Botton et al., 2001). Однако, не выявлено при этом эндокринного развития , следовательно, инициация этой генетической программы, зависит от др. факторов, не Pdx1 и Nkx6.1. Повышенная экспрессия постоянно активного Notch-1 (NICD) с использованием промотора Pdx1 ведет к повышению эндогенной экспрессии Pdx1 и эктопической активации Nkx6.1 в наиболее задней части эпителия желудка, это ведет к предопределению панкреатической судьбы в клетках этой энтодермальной области (Hald et al., 2003). Также эксперименты по восстановлению активности у Pdx1-/- мышей показали, что собственно физиологическая функция β-клеток нуждается в специфическом пороговом уровне Pdx1 (Gannon et al., 2001). Там же было установлено, что независимые трансгенные линии, несущие Pdx1resc трансгены не способны полностью восстанавливать развитие поджелудочной железы и рост дорсальной части панкреас. Следовательно, Pdx1 м. также помогать формированию паттерна энтодермы посредством порогового механизма.
Мутанты Nkx6.1 не обнаруживают очевидных эффектов в клетках панкреатических предшественников, указывая тем самым, что Nkx6.1, подобно Nkx2.2, не существенен для эмбрионального роста панкреас (Sander et al., 2000). Однако, Nkx2.2 и Nkx6.1 не являются перекрывающимися во время этого периода, т.к. фенотип панкреас у двойных мутантов по этим генам неотличим от фенотипа мутантов Nkx2.2 (Sander et al., 2000). Nkx6.1, тем не менее, является существенным для образования β-клеток. Полное отсутствие зрелых β-клеток, но нормальное развитие α-клеток наблюдается в поджелудочной железе Nkx6.1-/- (Sander et al., 2000). Экспрессия Ngn3 не снижается у мутантов Nkx6.1, значит Nkx6.1 необходим для селекции нижестощих эндокринных клеток. Т.о., Nkx.6.1 важен для стабилизации фенотипа β-клеток скорее, чем для индукции эндокринной программы, несмотря на то, что его экспрессия приходится на тот переход. В нервной трубке Nkx6.1 действует как репрессор (Vallstedt et al., 2001). В поджелудочной железе не выявлено непосредственных мишеней для Nkx6.1; гипотетически, гены, обеспечивающие специфичность α-клеток, такие как Brn4 или Arx1, являются хорошими кандидатами. Др. менее изученный член семейства NK, Nkx6.2 (известный также как Gtx), также экспрессируется в развивающейся поджелудочной железе (Oster et al., 1998). Nkx6.2 ограничивается дифференцирующимися glucagon клетками, которые не экспрессируют Nkx6.1. Очевидно, что реципрокная активность Nkx6.2 и Nkx6.1 м.б. предопределяющей для выбора α- или β-клеточной судьбы.

HlxB9.
HlxB9 является гомеодоменовым фактором, экспрессирующимся в зрелых β-клетках. Экспрессия Hlxb9 выявляется водоль дорсальной энтодермы на ст. 8 сомитов, распространяясь за пределы дорсальной части панкреас, а также в вентральном панкреатическом домене, но не вне его (Harrison et al., 1999; Li et al., 1999). Hlxb9 экспрессируется также в хорде. Энтодермальная экспрессия Hlxb9 временна, но она сохраняется в обоих панкреатических зачатках на ст. E10.5. Мыши без Hlxb9 обнаруживают агенез дорсального зачатка даже с более тяжелым фенотипом, чем у мышей Pdx1-/-, т.к. не инициируется дорсальный зачаток. Вентральный зачаток развивается нормально (Harrison et al., 1999; Li et al., 1999). Отсутствие образования дорсального зачатка у мутантов Hlxb9 изучено недостаточно. Из-за различий в пространственном расположении вдоль передне-задней оси скорее всего хорда м. помочь в предопредении экспрессии Hlxb9 в дорсальной энтодерме вдоль всей её длины, это в свою очередь обеспечивает пермиссивное состояние для развития поджелудочной железы, в то время как др. сигналы помогают в предопределении собственно пространственного расположения отпочкования. На противоположной стороне хорды на ст. E8.5, Hlxb9 маркирует развивающиеся двигательные нейроны, тип клеток, индуцируемый shh, происходящим из хорды и донной пластинки, это открывает возможность того, что shh также м. оказаться критическим и для экспрессии Hlxb9 в поджелудочной железе, однако это не было проверено. Возможно, что Hlxb9 м. стоять выше Pdx1 в дорсальной панкреатической программе. Т.к. Pdx1 не активируется во всём Hlxb9 домене, то др. сигналы д.б. необходимы для ограничения экспрессии Pdx1, подобные эпистатические взаимоотношения, по-видимому, не существуют в вентральной части панкреас, т.к. экспрессия Hlxb9 здесь не предшествует Pdx1
Следовательно, наиболее вероятно, что существует несколько способов функционирования Hlxb9 в зависимости от времени. Такое разделение во времени функций обнаруживается и для Pdx1, как было показано раньше. Во-первых, HlxB9 первоначально активируется сигналами от хорды и инициируется только на дорсальной стороне, затем осуществляется вторичный эффект, когда Pdx1 или др. панкреас-специфические гены помогают поддерживать экспрессию Hlxb9 в обоих панкреатических доменах. Это м. объяснить сопутствующую экспрессию Hlxb9 и Pdx1 в вентральной части панкреас и объяснить экспрессию Hlxb9 в дорсальном домене спустя день после того, как хорда смещается прочь от дорсальной энтодермы. Позднее HlxB9 играет роль во взрослых β-клетках, т.к. эти β-клетки образуются в части панкреас, происходящей из вентрального зачатка, они не способны экспрессировать Glut2 на нормальных уровнях. Важно, что экспрессия Hlxb9 нуждается во временном контроле. Избыточная экспрессия Hlxb9 с промотора Pdx1, который расширяет экспрессию Hlxb9 в течение раннего периода, оказывается вредной для панкреатического развития (Li and Edlund, 2001), она обусловливает снижение дифференцировки эндокринных и экзокринных клеток и заставляет клетки внутри панкреас принимать кишечную судьбу (Li and Edlund, 2001). Т.к. этот фенотип отражает фенотип Ptf1a мутантных мышей (Kawaguchi et al., 2002), то возникает возможность, что HlxB9 способен негативно регулировать экспрессию Ptf1a в панкреатических доменах. Такая возможность подтверждается неблюдением, что HlxB9 м. функционировать как репрессор в развивающейся нервной трубке (Thaler et al., 1999; William et al., 2003).

Exocrine Differentiation


Ptf1a/p48.
Изучение транскрипционного контроля экзокринных панкреатических генов привело к идентификации комплекса, связывающего экзокринно-специфический промотор, PTF1 (Petrucco et al., 1990; Rose et al., 1994). Комплекс PTF1 состоит возможно из двух разных basic helix-loop-helix (bHLH) A/B-класса гетеродимеров, формируемых с помощью B-класса bHLH члена p48 и повсеместного A-члена E2A или HEB (Rose et al., 2001). Ген Ptf1a кодирует ткане-специфичный компонент (p48) этого комплекса, первоначально он был обнаружен как существенный фактор для экзокринного панкреатического развития. Мыши, дефицитные по Ptf1a не способны формировать экзокринную часть поджелудочной железы (Krapp et al., 1998). Было показано, что p48 экспрессируется со ст.E9.5, т.е. за несколько дней до начала экзокринного развития, предполагается, что роль Ptf1a заключается в экзокринной спецификации. Получение knock-in Cre-recombinase в гене Ptf1a, разрушающего ген Ptf1a, позволило установить, что Ptf1a необходим для поддержания клеток в панкреатическом состоянии (Kawaguchi et al., 2002). Используя преимущества Cre-recombinase, которая позволяет отслеживать сопутствующие клоны, Ptf1a нулевые клетки, было показано следование выбранной duodenal судьбе, вносящей вклад во все клоны кишечника (Kawaguchi et al.,2002). Такая специфицирующая роль оказалась неожиданной, значит Ptf1a не следует рассматривать как просто ген спецификации экзокринной части панкреас. Эта гипотеза подтверждается находкой, что у гетерозиготных Ptf1a-CRE мышей, которые не являются дефектными в отношении экзокринного развития, вклад Ptf1a-экспрессирующих клеток распространяется и на эндокринные и протоковые типы клеток (Kawaguchi et al., 2002). Т.о., p48 играет роль в недетерминированных панкреатических предшественниках, а не просто программирует экзокринную судьбу с помощью свой экспрессии. И наоборот, развитие эндокринной или протоковой части железы не просто соответствует специфическому отсутствию экспрессии Ptf1a, т.к. некоторые из этих клеток безусловно ранее экспрессировали этот ген. Необходимо понять, почему не все типы панкреатических клеток проходят через Ptf1a-экспрессирующие предшественники. Однако, возможный сценарий вырисовывается, возможно, что экспрессия Ptf1a в конечном счёте регулируется с помощью морфогенетических сигналов (ещё неизвестных) в развивающейся поджелудочной железе и что клетки предшественники м. управляться с помощью динамического баланса экспрессии pro-exocrine (какого как Ptf1a) гена или pro-endocrine гена (такого как Ngn3). В такой ситуации некоторые клетки панкреатических предшественников, как м. ожидать, будут экспрессировать оба гена одновременно и только те, которые преодолевают данный порог для одного или другого гена будут приобретать соотв. судьбу. Изучение ко-локализации этих факторов не проводилось, хотя очевидно, что гистологический анализ этих двух белков на поздней стадии вторичного перехода будет выявлять лишь минимальное перекрывание их экспрессии (Рис. 5). Интересно бы посмотреть, возможна ли такая эксклюзивная экспрессия и на ранних стадиях, когда Ptf1a экспрессируется в недифференцированных клетках предшественниках. Т.к. клетки, обладающие смешанным фенотипом (напр., amphicrine) из экзо- и эндокринных характеристик, не были обнаружены в нетрансформированных панкреас, то остаётся единственная возможность, что существует механизм реципрокной репрессии двух судеб во время развития. Такой механизм, по-видимому, д.б. косвенным, т.к. ни Ptf1a ни Ngn3 обычно не действуют как репрессоры.

MIST1.
MIST1 является др. членом B- класса bHLH факторов и строго экспрессируется в поджелудочной железе (Lemercier et al., 1997). MIST1 м. давать гетеродимеры с E2A факторами и связывать типичные E-boxes (Lemercier et al., 1997). Рекрутирование факторов E2A указывает на их роль в обеспечении генной активации. Mist1 экспрессируется в не-панкреатических тканях, включая слюнные железы и желудок, где он экспрессируется в экзокринных клетках и главных клетках, соотв. (Pin et al.,2000). В поджелудочной железе MIST1 скорее всего предопределяет экзокринные клетки и отсутствует в протоках (Yoshida et al., 2001). Хотя Mist1-LacZ гетерозиготные эмбрионы обнаруживают проявление активности lacZ в некоторых клетках панкреатических предшественников на ст. E10.5 (Pin et al., 2001), значение этого неясно. Судьба таких клеток не была отслежена. На ст. E12.5 экспрессия Mist1 становится гетерогенной, она наблюдается только в периферических эпителиальных регионах, скорее всего предназначенных для формирования экзокринных клеток. Это указывает на то, что Mist1 играет роль в стабилизации экзокринной судьбы. Мыши Mist1-/- обнаруживают потерю признаков дифференцировки экзокринных клеток, что ведет к экзокринным повреждениям, приводящим к своего рода регенеративным процессам (Pin et al., 2001). Клетки в этих повреждениях ко-экспрессируют протоковые и экзокринные маркёрные гены, указывая тем самым, что Mist1 необходим для стабильно поддержания качественных особенностей экзокринных клеток (Pin et al., 2001). Экзокринные клетки у Mist1-/- мышей не имеют щелевых соединений, это м. указывать на то, что отсутствует экспрессия connexin32 (Rukstalis et al., 2003). Заслуживает внимания, что Mist1 не устраняет экзокринную транскрипцию. Вообще-то перекрывание активностей Ptf1a и Mist1 гарантирует непрерывную активность экзокринных терминально экспрессирующихся генов. Среди генов, как известно, играющих роль в поджелудочной железе, Mist1 является единственным полностью ограниченным только экзокринными клетками, поэтому м. предполагать, что Mist1 м. авторегулироваться, чтобы стабилизировать экзокринное состояние. Очень вероятно, что p48 будет играть роль в предопределении экспрессии mist1, вообще-то подобно каскаду Ngn3 и NeuroD , оперирующему в эндокринном развитии. Необходимо установить, до какой степени Mist1 взаимодействует с членами стержневой энтодермальной программы.

Endocrine Differentiation


NeuroD.
Участие bHLH факторов в функции панкреатических клеток первоначально было установлено по конфигурации промотора гена инсулина. Соседние Pdx1-связывающие A1-элементы инсулиновых промоторов человека и крыс являются законсервированным E-box, E1, с последовательностью CATCTG. Последовательность этого элемента является критической для активности гена инсулина, т.к. когда она мутантна, то активность промотора падает до менее чем 20% (Whelan et al., 1990). У крыс инсулиновый I промотор, обнаруживает второй E-box (E2) и этот элемент соединяется с тем же самым комплексом, что и E1 элемент. Комбинированная мутация обоих E-boxes устраняет активность промотора (Karlsson et al., 1987). В инсулиновом I промоторе крыс не выявлено др. элементов, редуцирующих активность столь драматически. Т.о., факторы. связываемые E-boxes, по-видимому, существенны для активности др. элементов. Первоначально E-box связывающий комплекс был назван IEF-1 (insulin enhancer factor-1) и считалось, что он присутствует только в линиях клеток островков (Ohlsson et al., 1988). Позднее он был охарактеризован как гетеродимерный комплекс, состоящий из повсеместного E2A/Pan-фактора (Nelson et al., 1990) и ткане-специфичного Beta-2/NeuroD фактора (Naya et al., 1995; Lee et al., 1995). NeuroD экспрессируется несколькими нейрональными типами клеток, в которых он играет роль по индукции нейрональной программы (Lee et al., 1995). В поджелудочной железе NeuroD экспрессируется во всех эндокринных клетках, но только после того, как они подвергнутся дифференцировке и наступит арест пролиферации. NeuroD не является абсолютно критическим для эндокринной дифференцировки, т.к. NeuroD-/- мыши формируют все типы островковых клеток. Однако, количество островковых клеток постепенно снижается, а β-клетки подвергаются существенному апоптозу до рождения, причина которого неизвестна. Уменьшение массы β-клеток ведет к диабету с варьирующей пенетрантностью, а на определенных генетических фонах этот фенотип не проявляется вообще. Как и в случает др. генов стержневой энтодермальной программы, которая оперирует в островках, мутации в NeuroD ассоциируют с MODY (MODY6; Kristinsson et al., 2001). Мутации NeuroD ассоциируют также с типом II диабета у людей. Нижестоящие функции, иные, чем участие в транскрипции гена инсулина, у NeuroD изучены слабо. NeuroD авторегулируется (Yoon et al., 1998), это указывает на его роль в стабилизации эндокринной судьбы. Хотя NeuroD не является необходимым для эндокринной дифференцировки, Adenovirus-обусловленная трансфекция NeuroD м. инициировать эндокринную программу в клетках протоков (Heremans et al., 2002), a воздействие betacellulin (член семейства TGFα) в комбинации с аденовирусом обусловленной экспрессией NeuroD инициирует эндокринную программу в печеночных клетках взрослых мышей (Kojima et al., 2003).
Экспрессия NeuroD предшествует экспрессии др эндокринных постмитотических маркёров, таких как Pax6 и Isl1 (Jensen et al., 2000a). Следовательно, NeuroD м. участвовать в обеспечении выхода из клеточного цикла. Изучение др. bHLH факторов, напр., нейронального и мышечного развития, подчёркивает роль в выходе из клеточного цикла. В сетчатке усиленная экспрессия neuroD ведет к аресту клеточного цикла (Morrow et al., 1999). В кишечнике NeuroD индуцирует выход из клеточного цикла secretin клеток (Mutoh et al., 1997), a эффект этот ингибируется с помощью CyclinD1, который обычно экспрессируется только в пролиферирующих клетках кишечных крипт (Ratineau et al., 2002). Митотическое молчание возможно связано с активацией CDK-ингибиторов, таких как p16, p21, p27, и p57. Напр., Nex, ближайший гомолог NeuroD, активрует p21 в PC12 клетках (Uittenbogaard and Chiaramello, 2002), приводя к митотическому аресту.

Neurogenin3. Предопределение экспрессии NeuroD в развивающейся нервной системе зависит от др. субкласса bHLH факторов, neurogenins. Sommer и др. впервые описали экспрессию члена семейства нейрогенинов, Ngn3 (Atoh5) в развивающейся поджелудочной железе (Sommer et al., 1996). Ngn3 экспрессируется в эпителиальных клетках панкреатических предшественников ещё до эндокринной дифференцировки (Рис. 6; Jensen et al., 2000a; Schwitzgebel et al., 2000). Это время контрастирует с NeuroD, т.к. NeuroD всегда экспрессируется в не-эпителиальных эндокринных клетках (Jensen et al., 2000a). Ngn3 предопределяет выбор судьбы, как это происходит у pPdx1-Ngn3 мышей, которые обнаруживают массивную конверсию панкреатических клеток в glucagon-продуцирующие эндокринные клетки (Apelqvist et al., 1999). Также аденовирусом обусловленное внесение Ngn3 (Ad-Ngn3) а панкреатические клетки протоков человека м. индуцировать эндокринную программу, причём активируются NeuroD и др. эндокринные маркёры (Heremans et al., 2002). Это скорее всего обусловлено активацией NeuroD, т.к. Ad-NeuroD оказывает тот же самый эффект. Соответственно, Ngn3/E47 гетеродимерный комплекс способен активировать экспрессию NeuroD посредством E-boxes, располагающихся в проксимальном 1 kb промотора NeuroD (Huang et al., 2000). В развивающемся кишечнике цыплят Ngn3 способен индуцировать эндокринную программу в энтодермальных клетках вне панкреас-специфического домена (Grapin-Botton et al., 2001). Трансфекция Ngn3 энтодермальных ES клеток, управляемая с помощью обработки ретиноевой кислоты, выявила транскрипцию гена инсулина и активацию некоторых др. эндокринных факторов (Vetere et al., 2003).
У мышей экспрессия Ngn3 инициируется при отпочковании зачатков, когда glucagon клетки дифференцируются первыми (Apelqvist et al., 1999; Jensen et al., 2000a). После этого относительно низкие уровни экспрессии Ngn3 обнаруживаются вплоть до ст. E13.5, когда происходит главный всплеск активации Ngn3, одновременно со вторичным переходом. Отсутствие Ngn3 ведет к полной потре всех типов панкреатических клеток (Gradwohl et al.,2000). Ngn3 необходим также для развития enteroendocrine клеток в кишечнике и частично для гастрического эндокринного развития (Jenny et al., 2002; Lee et al., 2002a). Во время второго перехода экспрессия Ngn3 чётко ограничена центральным стержнем, т.е. pro-endocrine доменом. После дифференцировки эндокринные клетки прекращают экспрессию Ngn3. Активность и потребность Ngn3 в эндокринной дифференцировке комбинируется с его ограниченной временной экспрессией, позволяющей нам отнести этот ген к pro-endocrine. В этом случае система передачи сигналов Notch является интегральной как для предопределения судьбы, так и поддержания клеток предшественников, осуществляющей контроль над активностью членов класса bHLH.

Notch Signaling


Notch Signaling During Pancreatic Development: Lateral Specication. Передача сигналов Notch является судьбоносной для бинарного выбора судеб клеток у большинства многоклеточных организмов. Этот своеобразный процесс обозначается как латеральная спецификация (Artavanis-Tsakonas et al., 1999; Рис. 7) и оперирует она в развивающейся нервной трубке позвоночных, где латеральная спецификация осуществляется в отношении клеток нейральных предшественников (Fortini and Artavanistsakonas, 1993). Эта система оперирует также в развивающейся поджелудочной железе и этот механизм м. объяснить первоначально разбросанное распределение эндокринных клеток в панкреатическом эпителии. Потеря функции разных генов пути Notch (Hes1, Dll1, Rbp-jκ) ведёт к усилению активности Ngn3 и последующему увеличению формирования эндокринной части (Apelqvist et al., 1999; Jensen et al., 2000b). Сходным образом, увеличение экспрессии Dll1 and Dll3 у мутантов Hes1 mutants (Jensen et al., 2000b), и активация Dll1 и Dll4 в панкреатических клетках протоков, трансфицированных Adenovirus-Ngn3 (Heremans et al., 2002) также подтверждает модель латеральной спецификации, также как и паттерн экспрессии ngn3 и Hes1 при вторисном переходе (Рис. 6, 9).

Notch Signaling During Pancreatic Development: Suppressive Maintenance.
Некоторые наблюдения подтверждают, что передача сигналов Notch не ограничивается латеральной спецификацией в поджелудочной железе. Во-первых, Notch1 и Notch2, оба способные активировать экспрессию гена hes1, повсеместно экспрессируются в панкреатических клетках предшественниках между первым и вторым переходом (т.е. между E11 и E12). Эти клетки экспрессируют также Hes1. В это время имеется лишь небольшое количество развивающихся эндокринных клеток. Важно, что как при уменьшении количества (Jacquemin et al., 2000), так и при полном отсутствии эндокринных клеток (Ngn3-/- панкреас, J. Jensen, неопубл.), экспрессия Hes1 продолжается. Следовательно, механизм, объясняющий поддержание передачи сигналов Notch, необходимо отличать от латеральной спецификации.
Эта альтернативная роль, по-видимому, связана с поддержанием популяции предшественников в поджелудочной железе, т.к. она обеспечивается передачей сигналов Notch. Возможно, что такой способ действия по активации Notch контролируется с помощью мезенхимы. Панкреатическая мезенхима необходима для поддержания пула предшественников, т.к. в её отсутствие эндокринная дифференцировка происходит, но эпителий неспособен распространяться. FGF10, обычно продуцируемый мезенхимой, является критическим для этого процесса (Bhushan et al., 2001). Потеря fgf10 ведет к исчезновению экспансии предшественников, но не панкреатической спецификации. Это подтверждает, что FGF10 является простым трофическим фактором для клеток панкреатических предшественников; однако, некоторые наблюдения, указывают на то, что роль FGF10 м.б. не так проста. Мыши избыточно экспрессирующие FGF10 в панкреатических эпителиальных клетках обнаруживают панкреатическую гиперплазию, а остановленное развитие обусловливается блокированием дифференцировки экзокринных, протоковых и эндокринных клеток в дополнение к продолжающейся экспрессии Pdx1 (Norgaard et al., in press). Важно, что арестованные эпителиальные клетки остаются также строго позитивными в отношении Notch1 и Notch2, также как и Hes1, тогда как экспрессия Ngn3 устраняется. Т.о., эктопическая передача сигналов FGF10 способна поддерживать систему Notch в активном состоянии, которое в свою очередь м. репрессировать дифференцировку. Механизм, с помощью которого усиливается передача сигналов FGF10, ведущая к поддержанию передачи сигналов Notch, несовсем ясен. Однако, мы наблюдали, что гены notch лигандов, кодирующих Jagged1 (Jag1) и Jagged2 (Jag2) экспрессируются по всему FGF10-экспрессирующему аресованному эпителию. Следовательно, Jagged-обусловленная активация Notch м.б. критической во время экспансии клеточных предшественников перед вторым переходом и м. помочь объяснить экспрессию Jag1 и Jag2 в нормальных недифференцированных панкреатических предшественниках (Mitsiadis et al., 1997; Jensen et al., 2000a; Norgaard Norgaard et al., in press). Чиобы различать два способа передачи сигналов notch, мы решили обозначить этот последний механизм как "suppressive maintenance" (Norgaard et al., in press).

Establishing a Pro-Endocrine Field During Notch Signaling.
Подтверждение двух таких модусов передачи notch сигналов, важный аспект активации гена Ngn3: его инициальная активация д. действовать против порога Notch/Hes1 , а его предопределение д.б. независимым от этого. Следовательно, м. предположить существование морфогенетического сигнального механизма(ов?), который д. активировать промотор Ngn3 независимо от передачи сигналов Notch, это также д. помогать пространственному ограничению активации Ngn3 центральной стержневой частью панкреас во время второго перехода. Сходный аргумент подходит и к инициальной активации Ngn3 во время первичного перехода, но сигнал(ы?) м.б. неидентичным тому/тем, используемому при вторичном переходе. Одно наблюдение, которое подтверждает два способа активации Ngn3, это мыши Hnf6-/-. Поджелудочная железа Hnf6-/- почти лишена эндокринных клеток и почти полностью отсутствует экспрессия Ngn3 (Jacquemin et al., 2000). Промотор Ngn3 содержит сайты связывания для Hnf6 в своём дистальном энхансере и Hnf6 м. активировать промоторный фрагмент Ngn3 в гетерологичных клетках (Jacquemin et al., 2000). Однако, ранние глюкагон-клетки (те, которые зависят от Ngn3), всё ещё образуются в Hnf6-/- поджелудочной железе. Следовательно, Hnf6, по-видимому, играет роль только при активации Ngn3 во время второго перехода, но не раньше.
Несколько линий доказательств указывают на то, что образование эндокринной части и тем самым вообще активация Ngn3, м. регулироваться с помощью BMP/TGFβ/activin сигнальной системы. Т.о., эндокринная дифференцировка amphicrine AR4-2J линии клеток индуцируется при добавлении активина вместе с betacellulin или HGF и этот эффект, как было установлено, действует непосредственно через элементы в промоторе Ngn3 (Ogihara et al., 2003). Сходным образом, культивирование панкреатических эксплантов с TGFβμ activin-antagonist follistatin ведет к снижению эндокринного развития, mkul;f как экзокринное развитие усиливается (Miralles et al., 1998). Также трансгенные мыши, экспрессирующие доминантно негативную форму типа II activin рецепторов в β-клетках (Yamaoka et al., 1998), имеют сильно гипопластические островки в позднем эмбриогенезе как и у компаундных гетерозиготных мышей с Activin type IIA и B рецепторами (Kim et al., 2000).

Hes1.
Гены-мишени для Notch включают и членов семейства Hes (hairy and enhancer- of-split-like), которые являются доминанными репрессорами (Jarriault et al., 1995; Iso et al., 2002). У млекопитающих существуют множественные гомологи этих белков, представленные HES и HERP семействами (Iso et al., 2003). Они являются очень сильными антагонистами сигналам дифференцировки с помощью B-class bHLH факторов. Напр., Hes1 блокирует и миогенез, а также и нейрогенез, если экспрессируется в недетерминированных клетках (Sasai et al., 1992; Ishibashi et al., 1994; Ohtsuka et al., 2001). Соотв., Hes1-дефицитные мыши обладают "neurogenic" фенотипом, который ведет к преждевременному образованию нейронов и усилению активности achaete/scute гомологов у млекопитающих (MASH-1; Ishibashi et al., 1995). Белки семейства HES имеют N-терминальный bHLH-домен (Dawson et al., 1995; Iso et al., 2003) и мотив WRPW из 4-х аминокислот в дистальной C-терминальной области, который обеспечивает рекрутирование сильного ко-репрессора (groucho-подобных факторов; Paroush et al., 1994; Fisher et al., 1996; Grbavec and Stifani, 1996; Giebel and Camposortega, 1997). Белки Groucho способны мультимеризоваться и м. связывать гистоновую deacetylases (HDACs; Chen et al., 1999; Brantjes et al., 2001). Считается, что рекрутирование комплекса Groucho/HDAC с помощью HES-факторов на мишени-промоторы эффективно поддерживает промоторы в закрытой конфигурации, предупреждая формирование позитивно действующего комплекса (Рис. 8). Такие комплексы м. обеспечивать дально-действующую репрессию (Courey and Jia, 2001). Ген Hes1 является критическим типом гена Hes, участвующим в регуляции панкреатической эндокринной дифференцировки. Hes1 экспрессируется в панкреатическом зачатке, а позднее в панкреатических эпителиальных предшественниках вместе с Notch1 и 2 (Apelqvist et al., 1999; Lammert et al., 2000; Jensen et al., 2000a, b).Эндокринные клетки не экспрессируют Hes1. Экспрессия белка Hes1 сильно варьирует между эпителиальными клетками, указывая на то, что она высоко динамична (Рис. 9) и м. отражать процесс латеральной ингибиции. Hes1 авто-репрессирует сам себя (Hirata et al., 2002), и Hes1 мРНК и белок имеют очень короткий период полу-жизни во многих типах клеток (Hirata et al., 2002). Кстати, нет исследований, адресованных выяснить возможность циклической экспрессии гена Hes в поджелудочной железе. Паттерн экспрессии Hes1 (Рис. 9) согласуется с такой возможностью, если активация Hes1 является асинхронной. Отсутствие Hes1 в эндокринных клетках и присутствие белка в недифференцированных предшественниках строго подтверждает, что он м. участвовать в репрессии детерминации эндокринной судьбы, возможно посредством антагонистических эффектов на каскад Ngn3-NeuroD. Hes1-дефицитные мыши подтверждают эту гипотезу, показывая повышенное образование эндокринной части, за счёт использования панкреатических предшественников (Jensen et al., 2000b). Этот эффект не ограничен энтодермальной областью поджелудочной железы, т.к. ткани и легких, желудка и кишечника на поздних стадиях обнаруживают сильную склонность к смене в направлении эндокринной судьбы. Более того, наблюдается усиление активности генов Ngn3, NeuroD, Math1, и Mash1 (Jensen et al., 2000b). Все эти гены являются членами B-Class bHLH активаторов, это указывает на то, что Hes1 противодействует широкому набору генов bHLH в ЖКТ. Этот антагонизм управляем. т.к. вышестоящая Ngn3 промоторная область содержит несколько Hes1-связывающих сайтов, из которых hes1 м репрессировать активность промотора Ngn3 (Lee et al., 2001).

Endocrine Cell Specification


Isl1.
Одновременно с предопределением эндокринной судьбы и митотическим арестом активируется новая группа генов, включая и Isl1. Isl1 был первым гомеодоменовым фактором, идентифицированным в β-клетках, и основателем семейства LIM-домен содержащих белков. Isl1-/- мыши демонстрируют раннюю потребность в Isl1 и погибают ~ на ст. E10 из-за отсутствия образования дорсальной аорты (Pfaff et al., 1996). Isl1 экспрессируется клетками, происходящими из всех трёх основных зародышевых листков (Thor et al., 1991), включая нейроны, нейроэндокринные типы клеток и мезодермальные клетки в дополнение к 4-м типам островковых клеток в поджелудочной железе. Клетки, экспрессирующие Isl1 в нервной трубке, являются двигательными нейронами, они отсутствуют у Isl1-/- мышей (Pfaff et al., 1996). Более того, Isl1 экспрессируется теми мезодермальными предшественниками, которые обычно конденсируясь формируют дорсальную аорту, указывая на клеточно автономную потребность здесь в Isl1.
В развитии поджелудочной железы, мезодерма конденсируется, чтобы дать дорсальную аорту, онтогенетически связанную с мезодермой, ассоциирующей с дорсальным панкреатическим зачатком. Детальное изучение того, как дефицит Isl1 влияет на развитие поджелудочной железы проведено Ahlgren et al. (1997). Isl1 экспрессируется дорсальной панкреатической мезенхимой на ранних стадиях, но не в вентральной мезенхиме. Проверка области раннего дорсального зачатка у Isl1-/- мышей выявила полный дорсальный агенез. Это подтверждает роль окружающей мезенхимы в инициации дорсального панкреатического отпочкования. Кроме того, Isl1 играет также клеточно-автономную роль в энтодермальном панкреатическом развитии, которая м.б. выявлена при анализе образования вентрального зачатка у Isl1 нулевых животных (Ahlgren et al., 1997). По сравнению с нормой отсутствуют глюкагон-позитивные клетки, это указывает на то, что Isl1 не обязательно является клеточно автономным компонентом дифференцировки эндокринных клеток в панкреас.
Среди генов первыми идентифицированными, как играющие роль в развитии поджелудочной железы, всё еще остаются неустановленные компоненты. Неизвестны гены мишени для Isl1, хотя и предполагается, что IAPP и glucagon являются кандидатами на эту роль (Wang and Drucker, 1995, 1996). Сходным образом, не установлено для каких генов Isl1 является геном-мишенью. Экспрессия Isl1 ограничена пост-митотическими эндокринными клетками. Следовательно, он не м. участвовать в процессе селекции клеток эндокринных предшественников. Этот вывод согласуется с находкой, что не обнаруживается экспрессии Isl1 у Ngn3-/- животных. То, что эндокринные клетки не формируются у isl1 мутантов заслуживает внимания, т.к. это указывает на то, что процесс эндокринной селекции всё ещё происходит. Этот процесс имеет место в непокоящихся эпителиальных предшественниках, очевидно, что выше Isl1. Ngn3 или NeuroD не были идентифицированы во время анализа Isl1-/- эмбрионов, но по неопубл. информации Ahlgreen and Edlund приходят к выводу, что NeuroD экспрессируется в Isl1-/- поджелудочной железе (Ahlgren and Edlund, 2001). Это необходимо установить непосредственно, но пока м. предположить, что экспрессия Ngn3 также не меняется в отсутствие Isl1. Т.о., Isl1 , по-видимому, играет роль в ранних пост-митотических эндокринных клетках, которая м. скорее б. связана с выживанием. Однако, исследования по определению, м. ли Isl1-/- клетки быстро элиминироваться или перепрофилироваться в альтернативную не-эндокринную судьбу, проведены не были.

Pax4 and Pax6.
Pax4 и Pax6 содержат и paired домен и homeodomain и являются независимыми членами общего субкласса семейства Pax генов (Noll, 1993; Mansouri et al., 1996; Dahl et al., 1997). Участие Pax4 и Pax6 в панкреатическом эндокринном развитии продемонстрировано с помощью инактивации генов (St-Onge et al., 1997; Sosa-Pineda et al., 1997). Pax4 гомозиготные животные погибают в течение 3-х днрей после рождения (Sosa-Pineda et al., 1997). Выявляется полное отсутствие и β- и δ- клеток. α-Клетки присутствуют, но дизорганизованы. Хотя авт. полагают, что отсутствие Pax4 м. вызывать образование клеток мультипотентных эндокринных предшественников, которые обычно предназначены для образования β-клеток, но дивергируют в направлении α-клеточного фенотипа, это не совсем верно, т.к. такие мультипотентные клетки предшественники не существуют. Скорее главной ролью Pax4 является контроль β- and δ-клеточного развития, когда оно инициируется спустя несколько дней после действия ngn3. Однако, это не исключает, что pax4 м.б. способным супрессировать сигналы дифференцировки α-клеток в таких клетках. Наши знания о нормальной экспрессии Pax4 бедны. Не было ещё исследований, связанных с экспрессией Pax4. Мы не знаем м. ли Pax4 оперировать вместе с Ngn3 в про-эндокринных, pre-β-клетках или на более поздних стадиях в развитии β-клеток, когда эти клетки оказываются постмитотическими. Однако, кажется наиболее вероятным, что он выполняет раннюю роль, т.к. кинетика экспрессии Pax4 тесно следует таковой для of Ngn3 (J. Jensen, неопубл.). Пики обоих генов приходятся на вторичный переход, после этого экспрессия быстро снижается.
Непосредственным проявлением фенотипа мышей, дефицитных по Pax6 является то, что они имеют реципрокный фенотип по сравнению с мутантами Pax4 (St-Onge et al., 1997). В поджелудочной железе, очень немного α-клеток, тогда как инсулиновые и соматостатиновые клетки обнаруживаются. Все гормон-позитивные клетки экспрессируют Pax6. Эти наблюдения ведут к заключению, что Pax6 необходим для развития α-клеток, но не для развития β- и δ- клеток. Комбинирование мутаций Pax4 и Pax6 полностью устраняет развитие всех панкреатических типов эндокринных клеток (St-Onge et al., 1997). Т.о., Pax4 и Pax6 м. выполнять не перекрывающиеся функции при ветвлении клонального древа энокринных клеток. Это не подтверждается недавними исследованиями Small eyeNeu мутантных мышей, показавших, что у гомозиготных мышей (SeuNeu/SeyNeu) снижено количество всех островковых клеток (Sander et al., 1997). Важно, что транскрипция гена инсулина у гомозиготных мутантов менее 10% от дикого типа, это указывает на участие Pax-6 в активации гена инсулина.
В заключение, Pax4 оперирует специфически в β/δ-клеточном клоне и эта его роль м.б. связана с супрессией дифференцировки α-клеточного клона. Напротив, Pax6 необходим всем типам эндокринных клеток на в разных количествах. Возможно, что отсутствие Pax6 ведет к ре-спецификации α-клеточного типа, хотя это не полностью подтверждено доказательствами. β-Клетки м. развиваться в отсутствие Pax6, но не способны поддерживать их дифференцированную функцию, такую как продукция на высоком уровне инсулина. М. предполагать, что Pax4 м. компенсировать некоторую активность гена Pax6 в β клетках.

MafA.
Неуловимый RIPE3b1 специфичный для β-клеток комплекс для промотора инсулина идентифицирован у млекопитающих как фактор MafA (Olbrot et al., 2002). MafA является членом подсемейства Maf факторов с лейциновыми застёжками он способен строго активровать промотор инсулина в зависимости от последовательностей элемента RIPE3b1. MafA ограничен β-клетками (Olbrot et al., 2002) и м. участвовать в спецификации этих клеток помимо своей роли в транскрипции инсулина. Роль др. членов Maf семейства подтверждает участие в клеточной дифференцировке. MafB участвует в миэлоидной дифференцировке во время гематопоэза (Kelly et al., 2000) и помогают также формировать паттерн заднего мозга (Theil et al., 2002). MafB является синонимом Kreisler, который, как было показано, чрезвычайно ограничен в экспрессии ромбомерами R5 и R6 и необходим во время предопределения качественных особенностей ромбомеров заднего мозга (McKay et al., 1994; Cordes and Barsh, 1994). MafA не единственный член Maf, экспрессируемый в панкреатических клетках - MafB и c-maf также экспрессируются эндокринными клетками (Olbrot et al., 2002). Кажется маловероятным, что Maf-факторы не играют главных ролей.

PERSPECTIVES


More Factors, More Markers, More Cell Types


Although a significant number of transcriptional regulatory components playing a role in pancreatic development have been identified, the total number is not impressive. Moreover, their disclosure have often been a serendipitous finding of a phenotype manifestation in a mutant animal generated not with pancreatic development in mind. Fortunate as this might be, as it has brought in several strong groups to work on pancreatic development, there is a still a substantial need for more genome-wide searches for developmental regulatory genes specifically operating in the pancreas. With the current advent of microarray technology, where for instance a large fraction of the mouse transcriptome is residing on, e.g., the latest Unigene-designed Affymetrix chipset (MOE-430 chips), we are now in a position to devise experiments that bring the full (or almost complete) transcriptome to a test. By releasing some constrictions in the data set that otherwise limits the result of a sound hypothesis-based approach, the same experiment can now address genome-wide changes, or patterning variations, that never would have been brought into the initial hypothesis to be tested. Also, such experiments will bring in the identi.cation of not only key regulatory components, but may be crucial in identifying a more elaborate set of markers that, in turn, may allow us to better define cellular subsets in the pancreas; stable as well as transient phenotypes. The custom array experiments recently performed by Chiang and Melton (2003) have shown how valuable such methods can be in defining independent cell types.

Some Important but Unresolved Issues


Despite the recent progress in lineage relationships and gene functions, we still lack substantial information as to how several aspects of pancreatic development are coordinated. Some of the more prominent areas are those of endocrine cell subtype specification, ductal cell specification, mesenchymal/epithelial signaling, and probably most important, the issue of morphogenetic patterning of cell fates. The issue of endocrine subtype specification is difficult, as we presently do not know if there is more than one type of each of the major endocrine cells in the pancreas. For instance, there is evidence to suggest that the earliest developing glucagon-producing cells are signi.cantly different from the normal pancreatic α-cell.Expression of PC1/PC3, as well as IAPP (Wilson et al., 2002), suggest that this cell type expresses otherwise β-cell–specific genes—genes that also characterize the intestinal L-cell—a pro-glucagon–expressing cell that uses PC1/PC3 in the production of Glp1 rather than glucagon from the pro-glucagon polyprotein precursor. Perhaps we need to discriminate the earliest α-cells as a separate lineage, with no connection to the adult α-cell pool? At present, no lineage models have specifically addressed this issue, but this problem could be addressed using a glucagon-promoter Cre-ERT mouse line. Also, if true, a series of questions as to the development of the normal α-cell mass arise. Do these cells then develop concomitantly with the β-cells at the secondary transition? Alternatively, do normal α-cells develop closer to birth? — at a time point when PP cells also appear, several of which coexpress glucagon. Also, what genes may be involved in such a later α-cell specification? Apparently, a balance between the Pax4 and Pax6 factors may be determining such subtype specification, where Brn4 (Jensen et al., 2000a; Schwitzgebel et al., 2000; Hussain et al., 2002) could also play a role. A clarification of the issue of ductal cell differentiation mechanisms is highly needed. Ductal cells are by far the most overlooked cell type in pancreatic development, and at the same time recognized as the most promising cell type as a source for possible neoformation of endocrine cell types in the adult pancreas. Generally, ductal cells are expected to harbor stem cell properties even in the adult organ,and certain studies have noted that neoformation of endocrine cells occurring from pancreatic ducts (Bouwens, 1998). Such changes require genetic networks that well could reflect that of undifferentiated precursor cells. However, a strict comparison between the cells of the adult duct to that of the expanding epithelial progenitor pool prior to the secondary transition in embryogenesis has not been made. What are the similarities between these cells, and what are the differences in the expression of cell intrinsic factors that allow duct cells to initiate a ductspecific program of bicarbonate production, mucin secretion, and a typical ductal morphology? Much is yet to be learned unraveling the secrets of the ducts.
Even though studies of the role of FGF10 in pancreatic development has provided long-sought information about a critical component during mesenchymal/epithelial signaling in the pancreas, this interplay is still far from understood. Cell intrinsic components, the patterning, and cell differentiation is largely uncharacterized in the pancreatic mesenchyme, and we already know that several factors are secreted from the mesenchyme that regulates growth and patterning of the epithelium (Fig. 10). At the budding stages, the dorsal pancreatic mesenchyme expresses Isl1, whereas the ventral does not. Isl1 expression also distinguishes the dorsal mesenchyme from, e.g., the mesenchyme of the gut. On the other hand, Gut mesenchyme expresses Bmp4, whereas the pancreatic does not (J.Jensen, unpublished observations). Knowing the importance of the mesenchyme in early organ patterning that occurs even in the absence of epithelium, it appears that mesenchymal cells exert signi.cant control of pancreagenesis. How exactly is this orchestrated? The contribution of mesenchymal cells to the adult organ function should not be overlooked either. Vasculogenesis occurs as cells of the pancreatic mesenchyme initiate an endothelial program. The temporal onset of this, and its initial mechanism, has not been studied in detail. Not all pancreatic mesenchymal cells may become endothelial cells; interstitial cells associate tightly on the surface of individual acini in the adult. Most likely, these cells play a crucial role in adult pancreas regenerative processes, as in many cases, a very brisk expansion of this population is observed after pancreatic destruction.

A Morphogenetic Perspective


The research in the factors regulating pancreatic development has come a long way in the recent decade. The results of the studies of these factors has led to a revised view on pancreatic lineage relationships and also spawned new ideas of how different genes in combination serve to specify cellular identities in the developing organ. However, despite the plethora of genes identified, it has not yet been possible to exploit these to trigger a full pancreatic program in nonpancreatic cells, nor are we able to specify an insulin-producing cell from a pancreatic precursor, and we are even further from specifying that cell type from adult pancreatic tissue. Why has this not been possible? Perhaps rather than expecting the existence of master regulating genes, we now understand that genes act in concert and in de.ned periods. Thus, we may need to test these genes in proper context, before they reveal their true capabilities. Developmental biologists have for almost a century known the importance in questioning whether a region for grafting is permissive or the grafted tissue competent for a given change when performing grafting experiments. These phenomena exist due to the presence, or absence,of genetic networks that may alter the cell types in a graft, and it is these genetic networks we begin to unravel as we investigate the cell intrinsic factors present in a tissue. Cell intrinsic factors cannot by themselves explain regulative development, but they are needed to understand how changes in gene activation and, thus, a phenotype change occur. However, when we also understand how these factors are controlled by cell extrinsic factors, i.e., morphogenetic signals, this combined knowledge can provide the understanding of program of pancreagenesis, as well as other aspects of regulative development. Although many present investigations focus upon which morphogenetic pathways are active in pancreatic development, revealing significant information as to the importance of these in pancreagenesis, we largely lack understanding of which cell intrinsic factors are targets. However, as these genetic links gradually are uncovered, we may expect to see fruitful attempts in controlling β-cell development from either stem cell sources, ES cells, or adult pancreatic tissue, thus giving new hope to diabetic individuals.

NOTE ADDED IN PROOF


Недавно опубликовано (Collombat et al., Genes Dev 2003, 15:2591-2603), что ген Arx играет важную роль в спецификации alpha-versus beta-клеток комплементарно к Pax4. Т.о., Arx является первым идентифицированным геном, который избирательно необходим для развития панкреатических alpha клеток.
Сайт создан в системе uCoz