На ранних стадиях эмбриогенеза Fgfr1, Fgfr2 и некоторые FGFs (включая FGF3, FGF8, FGF10 и FGF19)являются критическими как для индукции отических пузырьков, так и для инициации развития сенсорного эпителия (Ladher et al., 2000, 2005; Pirvola et al., 2000, 2002; Phillips et al 2001, 2004; Pauley et al., 2003; Wright et al., 2003; Wright, Mansour, 2003). На промежуточных стадиях развития передача сигналов FGF также важна; ткане-специфичные делеции Fgfr1 вызывают тяжелые дефекты в развитии слухового сенсорного эпителия преимущественно из-за тяжелой редукции клеток предшественников, которые дают орган Корти. Кроме того Fgfr1-/- мыши обнаруживают избирательную потерю наружных волосковых клеток и увеличение количества клеток, которые дифференцируются в поддерживающие клетки (Pirvola et al., 2002). На поздних стадиях развития ушной улитки Fgfr3 необходим для развития туннеля Корти (Colvin et al., 1996). Ингибирование передачи сигналов всех FGFR с помощью небольшой молекулы SU5402 снижает дифференцировку поддерживающих клеток в культуре эксплантов улитки мыши, тогда как добавление FGF2 в культуру индуцирует дифференцировку дополнительных поддерживающих клеток (Mueller et al., 2002). Наконец, мыши, дефицитные по sprouty2, негативному регулятору передачи сигналов FGF, формируют дополнительные поддерживающие клетки за счет Deiter's клеток (Shim et al., 2005).

Считается, что передача сигналов FGF осуществляется посредством Fgfr1 и Fgfr2, она необходима для инициальной индукции отических пузырьков, тогда как FGFR3 экспрессируется в домене клеток, которые дают как поддерживающие, так и Deiter's клетки и активируется он посредством градиента FGF8, высвобождаемого внутренними волосковыми клетками, чтобы регулировать развитие поддерживающих клеток. Клетки с наивысшими уровнями сигнала дифференцируются как поддерживающие клетки (Shim et al., 2005), тогда как с более низкими уровнями сигнала развиваются как Дейтеровские клетки. Эта модель согласуется с большинством предыдущих находок, однако, имеются некоторые разногласия, как FGF сигнал приводит к переключению судьбы между презумптивными Дейтеровскими и поддерживающими клетками или альтернативно, является ли FGFR3 необходимым для полной дифференцировки поддерживающих клеток, но не влияет на выбор их судьбы (Mueller et al., 2002).

Для решения этого вопроса изучали экспрессию Fgfr3 и Fgf8 на разных стадиях развития. Кроме того, повторно исследовали Fgfr3^-/- мышей с дополнительными маркерами для поддерживающих клеток. Были подтверждены предыдущие данные по Fgfr3-/- мышам, показавшими, что имеются нарушения дифференцировки поддерживающих клеток. Было установлено, что внутренние поддерживающие клетки никогда не образуются, это демонстрируется по экспрессии Prox1, тогда как наружные поддерживающие клетки останавливаются в своей дифференцировке. Кроме того, обнаруживаются дополнительные ряды наружных волосковых клеток и сопровождающих Deiter's клеток в апикальных двух третях Кортиевого органа у Fgfr3 мутантов. Таким образом, помимо контроля по выбору клеточных судеб между поддерживающими и Deiter's клетками Fgfr3 регулирует также количества наружных волосковых клеток и Дейтеровых клеток, т.е. ширину сенсорного эпителия.

Было установлено, что Fgfr3 и Fgf8 (рецептор и его лиганд) действуют почти одновременно. Ранее было установлено, что дифференцировка поддерживающих клеток нуждается в Fgfr3 (Colvin et al., 1996). Более того, добавление предполагаемого лиганда для этого рецептора, FGF2, к културам улитки вызывает развитие дополнительных поддерживающих клеток (Mueller et al., 2002). Потеря Sprouty2, негативного регулятора передачи сигналов FGF, приводит к образованию дополнительных поддерживающих клеток (Shim et al., 2005). Итак, FGF8, высвобождаемый внутренними волосковыми клетками? активирует FGFR3 в соседних поддерживающих клетках, чтобы индуцировать ближайшие к развитию как поддерживающих клеток; клетки более чем на два клеточных диаметра от источника лиганда получают более низкий уровень сигнала и остаются как Дейтеровские клетки. Полученные данные подтверждают эту модель, демонстрируя тесные пространственные и временные паттерны экспрессии Fgf8 и Fgfr3ю Кроме того, установлено, что FGF сигнал является критическим для очень ранних стадий развития внутренних поддерживающих клеток. В этих клетках, ближайшие к источнику FGF8, активированный FGFR3 может быть необходим для поддержания экспрессии Prox1. У Fgfr3-дефицитных мышей внутренняя поддерживающая клетка или теряется вообще или неспособна экспрессировать Prox1. Наружная поддерживающая клетка, по-видимому, в меньшей степени зависит от Fgfr3, т.к. у мутантных животных наружные поддерживающиеся клетки всё ещё распознаваемы по из экспрессии Prox1, даже когда они не способны экспрессировать p75^NTR или формировать свою характерную морфологию.

Неожиданно было установлено, что Fgfr3-/- животных имеются дополнительные ряды как волосковых клеток, так и Дейтеровских клеток в наиболее апикальных двух третях своих улиток. Этот фенотип не был описан у др. Fgfr3-дефицитных мышей. По-видимому, различия обусловлены генетическим фоном у разных мутантных линий. Неясен механизм, лежащий в основе фенотипа дополнительных волосковых клеток у Fgfr3 мутантов, и почему он не наблюдается в базальных регионах улитки. Экспрессия Sprouty2 оставалась нормальной, как и экспрессия Hes5, др. гена, чье отсутствие вызывает появление дополнительных наружных волосковых клеток (Zine et al., 2001).

Была предложена следующая модель, в отсутствие экспрессии Fgfr3 в развивающихся поддерживающих и Дейтеровых клетках имеется избыток лиганда FGF8, который может теперь диффундировать более латерально, активируя др. FGF рецептор и приводя к рекрутированию недифференцированных эпителиальных клеток в сенсорный эпителий. Базируясь на in situ паттернах, было предположено, что FGF рецептором, который активируетс я, является FGFR1. Эта модель (Рис. 9) активации избытка FGFR1, приводящая к образованию добавочных волосковых клеток сравнима с драматическим снижением наружных волосковых клеток, описанных Pirvola и др.(2002), когда Fgfr1 нокаутирован в развивающемся внутреннем ухе. Эти авт. подтвердили, что FGFR1 регулирует количества волосковых клеток и поддерживающих клеток, которые формируются дозово-зависимым способом. Интересно, что они также наблюдали менее тяжелые эффекты базального зеркального удвоения, которые мы описали здесь, когда в базальном витке улитки имеются нормальные количества наружных волосковых клеток и ассоциированных с ними Дейтеровых клеток. Элиминация или Sprouty 2 (ингибитор FGFR) или FGFR3(потенциальной мишени для FGF3) может приводить к сходной избыточной активации FGFR1, приводя в обеих ситуациях к появлению дополнительных волосковых клеток. Потеря FGFR3 не ведет к увеличению экспрессии Fgfr1 в поддерживающих клетках. Т.о., мы полагаем. что избыточная активация FGFR1 происходит в клетках. уже экспрессирующих Fgfr1 на латеральном краю сенсорного эпителия. В развивающейся улитке Sprouty 2 экспрессируется прежде экспрессии Fgfr3 и на постнатальный день 5 большинство клеток, экспрессирующих на высоком уровне Fgfr3, поддерживающие клетки, не экспрессируют Spriouty 2 (Shim et al., 2005). в Полученные данные подчеркивают множественные роли передачи сигналов FGF в развивающейся улитке. Формирование паттерна волосков и поддерживающих клеток во время развития улитки нуждается в точных пространственной и временной активации FGF рецепторов.