Во время развития нервной системы мультипотентные предшественники дифференцируются в нейроны, олигодендроциты и астроциты. Такая дифференцировка регулируется тонкими механизмами с участием внутренних и внешних факторов. Однако мало известно о том, каким образом детерминируется время и позиционирование появления этих клеток. Авторы исследовали пространственную и временную экспрессию паттерн-формирующих и транскрипционных факторов helix-loop-helix (HLH) и их влияние на судьбу клеточной дифференцировки в спинном мозге.

Проневральные HLH транскрипционные факторы, такие как нейрогенины (NGN1, 2 и 3) и MASH1, а также нгибиторные HLH факторы – репрессоры транскрипции проневральных генов и активности членов семейств ID и HES – играют ключевую роль в спецификации нейронов и глии. Однако их паттерны экспрессии прямым образом не коррелируют с пространственно-временным паттерном нейрогенеза и глиогенеза. В данном исследовании авторы изучали эффекты PAX6, OLIG2 и NKX2.2 – также известные как «паттернирующие» транскрипционные факторы – поскольку они детерминируют позиционную идентичность мультипотентных предшественников в спинном мозге на способность HLH факторов детерминировать нейрональную или глиальную судьбу.

Было показано, что в вентрикулярной зоне развивающегося спинного мозга предшественники в Pax6-, Olig2- и Nkx2.2- экспрессирующих областях также экспрессируют нейрогенины во время нейрогенеза. Однако в тех же областях экспрессия Mash1 определялась вне периода нейрогенеза, свидетельствуя о потенциально новой роли MASH1 в глиогенезе. Начало олигодендрогенеза было различным в этих трех регионах. В Pax6--экспрессирующей области оно коррелировало с утратой Pax6 экспрессии в MASH1-позитивных клетках. Интересно то, что здесь были также обнаружены ингибиторы HLHs, которые экспрессировались до начала астрогенеза, т.е. в периоде, совпадающем со снижением экспрессии паттернирующих факторов.

Изучая действия HLH и паттернирующих факторов на клеточную спецификацию, авторы вводили специфические комбинации ретровирусной инфекции в нейросферы, полученные из спинного мозга эмбриона 13.5 дня развития, и обнаружили, что все три паттернирующих фактора обладали способностью оказывать влияние на судьбу мультипотентных предшественнков. PAX6, OLIG2 и NKX2.2 супрессировали нейрогенные эффекты нейрогенинов, но оказывали разное действие на MASH1 — PAX6 способствовал MASH1-индуцированному нейрогенезу, OLIG2 усиливал его олигодендрогенные эффекты, а NKX2.2 был сравним с тем и другим эффектом. Было также показано, что PAX6, OLIG2 и NKX2.2 предупреждают дифференцировку предшественников при ко-экспрессии с Id1 и Hes1. Это говорит о том, что они могут подавлять астрогенную активность ингибиторных HLH факторов.

Посредством генетических манипуляций временной экспрессии HLH и паттернирующих факторов у мышей авторы смогли изменить время дифференцировки нейронов и глии in vivo. Ими было установлено, что преждевременная экспрессия Mash1 или утрата Pax6 стимулировала олигодендрогенез и образование поздно-рождающихся нейронов, указывая на то, что PAX6 контролирует глиогенную активность MASH1 и ингибитороных HLH факторов до начала глиогенеза.

Эти результаты подтвердили, что патернирующие факторы участвуют не только в спецификации позиционной идентичности мультипотентных предшественников, но и, посредством модулирования активности HLH транскрипционных факторов, играют важную роль и во времени клеточной дифференцировки. Каким образом эти клеточные факторы координируют генетические программы, необходимые для нейрональной дифференцировки и глиальной детериминации, - это уже предмет будущих исследований.

Рисунки:

Рис.1

Рис.2

Рис.3

См также: Ken-ichi Mizutani & Nicholas Gaiano. Chalk one up for 'nature' during neocortical neurogenesis. Nature Neuroscience 9, 717 - 718 (2006)