Посещений:
Паращитовидные железы

Роль Hoxa3

The Role of Hoxa3 Gene in Parathyroid Gland Organogenesis of the Mouse
Y.Kameda, Y.Arai, T.Nishimaki, O.Chisaka
J.Histochem. and Cytochem. - 2004. - Vol. 52, No 5., P. 641-651

Мыши с делецией гена Ноха3 имеют дефекты в производных третьей бранхиальной дуги и третьего глоточного кармана. SP-1/chromogranin A-иммунореактивный первичный рудимент паращитовидной железы впервые обнаруживается на стадии эмбриогенеза Е11.5 в краниальной области третьего глоточного кармана. У Ноха3-нулевых мутантов третий глоточный карман образуется, но он не способен дифференцироваться в паращитовидный рудимент. Известно, что для развития органов третьего глоточного кармана необходимы клетки нервного гребня. Установлено, что у Ноха3 гомозигот и и нормальных мышей клетки нервного гребня плотно заселяют бранхиальные дуги, включая и третью дугу, и окружаются эпителием кармана. Эти результаты указывают на то, что ген Ноха3 затрагивает внутренне присущую способность глоточного кармана формировать паращитовидный рудимент.
Паращитовидные железы синтезируют и секретируют parathyroid hormone (PTH), который существенен для регуляции концентрации кальция в сыворотке. Зачатки паращитовидных желез и тимуса развиваются из третьего глоточного кармана у мышей. Трёхмерная реконструкция с помощью окрашенных гематоксилином-эозином срезов была использована для изучения развития паращитовидных желез (Su et al., 2001).



Fig. 1 . Consecutive frontal sections of the pharyngeal region in E 10.5 wild-type embryo (+/+)immunostained with PGP 9.5.(A) or SP-1/chromogrannin A (SP) antiserum (B). Endodermal epithelia of pharyngeal pouches show immunoreactivity for PGP 9.5. A parathyroid rudiment immunoreative for SP-1/chromogrannin A is not yet formed. (C) Frontal section in littermatr Hoxa3 homosigous mutant (-/-) immunostained with the PGP 9.5 antiserum. Formation of the the third pharyngeal pouch (P3) is normal in the null mutant. A3, third arch artery; A4, fourth arch artery; A6, sixth arch artery; DA, dorsal aorta; NT, neural tube; P, pharinx; P4, fourth pharyngeal pouch; PA3, third pharyngeal arch; SG, sympathetic ganglia; X, vagus nerve. Bars = 160µm

Chromogranin A, основной секреторный белок хромаффиных клеток надпочечников, является членом семейства granin/secretogranin кислых гликопротеинов, которые участвуют в хранении и секреции пептидных гормонов и экспрессируются многими эндокринными и нейроэндокринными клетками (O'Connor et al., 1983; Fisher-Colbrie et al., 1987; Winkler, Fisher-Colbrie, 1992). Secretory protein (SP-1) сосуществует с паратгормоном РТН в секреторных гранулах главных паратироидных клеток (Cohn et al., 1984) SP-1 и chromogranin A химически сходны, если не идентичны. В данной работе показано, что SP-1 иммунореактивность появляется в паращитовидном рудименте в третьем глоточном кармане с самых ранних стадий органогенеза.
У Hoxa3 гомозиготных нулевых мутантных мышей тимус и паращитовидные железы отсутствуют (Chisaka, Capecchi, 1991). Hoxa3 гомозиготы также обнаруживают дефекты общей каротидной артерии, происходящей из артерии третьей дуги (Kameda et al., 2003). Однако, инициальное образование артерии третьей дуги не нарушено; артерия дегенерирует на ст. Е11.5 (Kameda et al., 2002). Следовательно, ген Hoxa3 является критическим для развития и дифференцировки третьей фарингеальной дуги и кармана.
C помощью химер курица-перепел установлено, что мезенхимные компоненты долей тимуса и паращитовидных желез птиц происходят из клеток нервного гребня (Le Lievre, Le Dopuarin, 1975). Удаление премиграторного кардиального нервного гребня у эмбрионов кур приводи к нарушению развития каудальных фарингальных дуг, включая гипоплазию или агенез тимуса и паращитовидных желез (Kirby, Waldo, 1995). У connexin (Cx) 43-lacZ трансгенных мышей, у которых промоторная последовательность для Сх43 слита с lacZ репортером, производные клеток нервного гребня выявляются с помощью IHC демонстрации экспрессии β-galactosidase.
В данной работе прояснён органогенез паращитовидных желёз у эмбрионов мышей дикого типа с помощью антисыворостки к SP-1/chromogranin A в качестве специфического маркёра паратиреоидных клеток. Более того, у Cx43-lacZ трансгенных мышей оказалось возможным наблюдать вступают или нет мезенхимные клетки нервного гребня в зачатки тимуса и паращитовидных желез. Определяли миграцию клеток нервного гребня в фарингальные дуги и апоптоз энтодермы третьего кармана у Hoxa3 мутантов по сравнению с диким типом.

Discussion


Иммунореактивность сhromogranin A выявляется во всех энтероэндокринных клетках (Portela-Gomes et al., 1997). У плодов человека большие количества сhromogranin A-иммунореактивных клеток распределяются раньше всего (8 недель беременности) в кишке (Facer et al., 1989). Хромаффинные клетки надпочечников телят обнаруживают иммунореактивность по сhromogranin A на самых ранних стадиях своего развития, когда medulla надпочечников ещё не сформирована и ещё до появления иммунореактивности tyrosine hydroxylase (Totzauer et al., 1995). Следовательно, SP-1/сhromogranin A, по-видимому, экспрессируется в предшественниках эндокринных клеток и играет важную роль на ранних стадиях развития. В данной работе показано, что Sp-1/сhromogranin A иммунореактивность появляется паращитовидном рудименте на ст. Е11.5, т.е. на инициальной стадии формирования паращитовидных желез.
Hoxa3 мРНК экспрессируется в энтодерме третьего глоточного кармана (Manley, Capecchi, 1995). В данной работе продемонстрировано, что ген Hoxa3 необходим для инициации образования паращитовидного рудимента. У эмбрионов мышей дикого типа дифференцировка третьего лоточного кармана начинается на Е11.5. Паращитовидный рудимент, иммунореактивный по SP-1/сhromogranin A, формируется в краниальной дорсальной части энтодермы третьего кармана и м.б. отличён от тимуса на этой стадии развития. У гомозиготных по Hoxa3 мутантов третий глоточный карман сохраняется в виде высокого цилиндрического эпителия, а выпячивания для зачатков паращитовидной железы и тимуса не образуется на стадии Е11.5. Не выявляются Sp-1/сhromogranin A-иммунореактивные клетки в третьем глоточном кармане. Следовательно, третий глоточный карман не способен дифференцироваться и в конце концов исчезает у Hoxa3 гомозигот. Внутренне присущая способность третьего глоточного кармана формировать паращитовидные железы нарушается при отсутствии гена Hoxa3.
Некоторые кандидаты на роль сигнальных молекул участвуют в органогенезе паращитовидных желез. Glial cells missing (Gcm) 2, мышиный гомолог Gcm Drosophila , является транскрипционным фактором, выявляемы в паращитовидных железах на поздних стадиях плодного развития (Kim et al., 1998). Gcm2-дефицитные мыши лишены паращитовидных желез, но обнаруживают нормальное развитие тимуса (Gunter et al., 2001). Экспрессия Gcm2 начинается на стадии Е9.5 в каудальной части глоточных карманов и постепенно ограничивается энтодермой третьих глоточных карманов (Gordon et al., 2001). В противоположность экспрессии Gcm SP-1/сhromogranin A иммунореактивность локализуется только в паращитовидном рудименте глоточных карманов. Pax1 и Pax9 близко родственные члены paired box семейства генов. Pax1 экспрессируется в третьем глоточном кармане, а также в эпителиальных клетках тимуса (Wallin et al.,1996). Потеря функции Pax1; Su et al., 2001) ведет к гипоплазии тимуса из-за недостаточности развития тимоцитов (Wallin et al.,1996; Su et al., 2001). Хотя сообщалось также о гипоплазии паращитовидных желез, но это трудно идентифицировать (Su et al., 2001). Pax9 мутантные мыши лишены производных третьего и четвёртого карманов, т.е. тимуса, паращитовидных желез и ultimobranchial желез (Peters et al., 1998). Eye absent (Eya) 1 ген экспрессируется в тимусе, паращитовидных и ultimobranchial железах во время развития, и зачатки органов для этих структур отсутствуют у эмбрионов Eya1-/- (Xu et al., 2002). У Hoxa3 мутантов Pax1 подавлен в третьем глоточном кармане (Manley, Capecchi, 1995) и отсутствует экспрессия Gcm (Su et al., 2001). В энтодерме Eya1-/- карманов экспрессия Hoxa3, Pax1 и Pax9 не нарушена (Xu et al., 2002). Предполагается, что Gcm2 экспрессия в паращитовидных железах регулируется с помощью Hoxa3-Pax2/9-Eya1 пути (Xu et al., 2002). Следовательно, Hoxa3, по-видимому. является ключевым регулятором дифференцировки энтодермы третьего глоточного кармана.
Синдромы делеции 22q11 у людей характеризуются гипопластичными или апластичными тимусом и паращитовидными железами (Scambler, 2000). Tbx1 является T-box транскрипционным фактором, расположенным в локусе 22q11, а гомозиготные по Tbx1 нулевому аллелю особи лишены тимуса и паращитовидных желез (Jerome, Papaioannou, 2001). Fgf8 мутантные мыши имеют фенотип, обнаруживаемый у людей с 22q11 делеционным синдромом, включая аплазию и гипоплазию тимуса и паращитовидных желез (Frank et al., 2002). Взаимоотношения этих генов с Hoxa3 пока не выяснены. У Hoxa3 гомозигот, скрещенных с Cx43-lacZ трансгенными мышами, клетки нервного гребня, иммунореактивные по β-galactosidae, плотно оккупируют фарингальные дуги как и у эмбрионов дикого типа. Миграция мезенхимных клеток нервного гребня в третью дугу не нарушена у Hoxa3 гомозигот. У птиц клетки нервного гребня проникают в тимус и паращитовидные железы и дают железистую соединительную ткань (Le Lievre, Le Douarin, 1975). C др. стороны, в данной работе продемонстрировано на эмбрионах мышей, что ни энтодермальныйf эпителий третьего глоточного кармана, на зачатки тимуса и паращитовидных желез не получают клетки нервного гребня. Более того, было показано, что у мышей маркированные по генам Wnt1-Cre и R26R мезенхимные клетки нервного гребня окружают, но не проникают в паренхиму тимуса (Jiang et al., 2000). Зачатаки тимуса, паращитовидных и ultimobranchial желёз развиваются из глоточных карманов и мигрируют к местам своего финального предназначения. Эти органы плотно заключены в мезенхимные клетки нервного гребня во время перемещения к местам своего назначения. Клетки нервного гребня, распределенные в фарингальных дугах м.б. вовлечены в миграцию зачатков органов у мышей эмбрионов. Кроме того, конденсация мезенхимных клеток нервного гребня во время развития органов, происходящих из глоточных карманов, по-видимому, сопровождается усилением активности экспрессии некоторых факторов роста и транскрипционных факторов (Clouthier et al., 2000). Соотв. взаимодействия между эпителием кармана и соседними мезенхимными производными клеток нервного гребня м. б. необходимы для нормального развития тимуса, паращитовидных и ultimobranchial желез. Hoxa3 мРНК экспрессируется в клетках нервного гребня, занимающих третью глоточную дугу (Watari et al., 2001). Отсутствие передачи сигналов Hoxa3, по-видимому, влияет на пролиферацию и дифференцировку постмиграторных клеток нервного гребня в третьей дуге.
Энтодермальный эпителий глоточных карманов у эмбрионов дикого типа и гомозигот Hoxa3 обнаруживает множество апоптических клеток. Дифференцировка и рост органов, производных глоточных карманов, по-видимому, контролируется с помощью апоптоза. В частности, увеличение апоптических клеток выявляется в эпителии третьего глоточного кармана, обнаруживающего задержку развития на Е11.5-12.0 у мутантов. Следовательно, энтодерма третьего кармана неспособна дифференцироваться в отсутствие гена Hoxa3 и в конечном счёте теряется с помощью апоптоза. Хотя паращитовидный рудимент никогда не обнаруживается, рудиментарные доли тимуса изредка встречаются у нулевых мутантов на стадии Е12.5-14.5. Тимус формируется энтодермой третьего кармана, слитой с эктодермальными клетками третьей щели (Cordier, Haumont, 1980). Эктодермальные клетки м. б. не изменены у мутантов Hoxa3 и м. сохранять способность формировать нестабильные доли тимуса.
В противоположность третьему глоточному карману развитие и дифференцировка четвёртого кармана осуществляется нормально у нулевых мутантов Hoxa3. Билатеральные ultimobranchial тела, происходящие из четвертого глоточного кармана всегда образуются и соединяются со щитовидными железами на Е13.5. На стадии Е14.5 С-клетки, иммунореактивные по PGP 9.5 начинают диспергировать внутрь паренхимы щитовидных желез у мутантов Hoxa3, точно также как и у дикого типа. В обоих случаях SP-1/сhromogranin A иммунореактивность выявляется в С-клетках на поздних стадиях плодного развития. Более того, появление calcitonin иммунореактивности в С-клетках происходит очень поздго, т.е. при рождении. В соотв. с нашими данными Xu et al., (2002) сообщали, что capcitonin иммунореактивность впервые выявляется у новорожденных мышей.
Сайт создан в системе uCoz