Развитие кишки характеризуется быстрой элонгацией во время органогенеза, это вызывает образование временной грыжи, поскольку скорость роста её превосходит рост всего тела и абдоминальной полости (O'Rahilly and Muller, 2001; Stainier, 2005). Однако лежащий в основе механизм удлинения кишки остается неизвестным. Было предположено, что во время эмбрионального периода у человека двенадцатиперстная кишка (т.e., ростральная часть средней кишки) удлиняется за счёт механизма "convergent extension (CE)" (Matsumoto et al., 2002; Schoenwolf et al., 2009 . CE является широко распространенным феноменом развития и заключается в сужении и элонгации ткани, управляемым поляризованными клеточными перемещениями, напр., элонгация хорды во время гаструляции (for review, see Keller, 2002). Неканоническая передача сигналов Wnt участвует в поляризованных перемещениях клеток (for review, see Wallingford et al., 2002 and Veeman et al., 2003), а Wnt5a, который является характерным неканоническим членом Wnt member, как недавно было установлено, является критическим регулятором элонгации кишки мыши за счёт CE механизма, что характеризуется укорочением и утолщением тонкого кишечника в отсутствие Wnt5a (Cervantes etal., 2009).
Ror2 является членом семейства Ror рецепторных тирозин киназ и действует как рецептор или корецептор для Wnt5a, и обеспечивает неканоническую передачу сигналов Wnt (Hikasa et al., 2002; Yoda et al., 2003; Oishi et al., 2003; Mikels and Nusse, 2006; for review, see Minami et al., 2009). Ror2, как было установлено, играет существенную роль в морфогенезе.
Ror2 экспрессируется в первичной полоске, клетках цефалического нервного гребня, прозэнцефалоне, лицевых зачатках и развивающихся конечностях во время раннего эмбриогенеза, а также в головном мозге, сердце и легких на более поздних стадиях развития (Oishi et al., 1999; Takeu-chi et al., 2000; Matsuda et al., 2001), тогда как Wnt5a экспрессируется градированным образом в развивающихся конечностях, хвосте, лице и гениталиях, развитие которых нуждается в удлинении вдоль оси тела (Yamaguchi et al., 1999). Большинство аномалий, обнаруживаемых у Ror2
-/- and Wnt5a
-/- эмбрионов перекрывается во время эмбрионального морфогенеза, включая аномалии удлинения отрастающих структур вдоль проксимо-дистальной оси, CE перемещений и planar cell polarity (PCP), хотя Ror2
-/- фенотипы обычно слабее, чем фенотипы Wnt5a
-/- мышей. Ror2
-/- и Wnt5a
-/- мыши обнаруживают короткое рыло с расщеплённым нёбом, короткими конечностями и хвостом, укорочением трахеи с аномалиями дистальных частей легких и дефектами выростов в гениталиях (Yamaguchi et al., 1999; Nomi et al., 2001; Oishi et al., 2003; Suzuki et al., 2003; Schwabe et al., 2004; Li et al., 2008; He et al., 2008). Кроме того, Wnt5a
-/- мыши (Qian et al., 2007) и Ror2
-/- мыши (Yamamoto et al., 2008) обладают неправильно ориентированными стереоцилиями и фенотипическими отклонениями в улитке, указывая тем самым, что их PCP и CE перемещения разрегулированы (for review, see Minami et al., 2009). Хотя обширные исследования выявили паттерны простраственно-временной экспрессии и плейотропность функции Ror2, включая его взаимосвязь с экспрессией Wnt5a (reviewed in Minami et al., 2009), мало известно относительно паттерна экспрессии Ror2 белка и его участия в развитии кишки. Здесь показано, что Ror2 обладает характерным, регион-специфичным и стадио-специфичным паттерном экспрессии вдоль rostral-caudal (RC) оси кишки во время её развития. Rоr2 наиболее интенсивно экспрессируется в энтодерме средней кишки во время раннего эмбриогенеза кишки и укороченная и расширенная средняя кишка обнаруживается у эмбрионов Ror2
-/- в тот же самый период. Детальный анализ гистогенеза кишки показал, что Ror2 участвует в механизме CE во время элонгации средней кишки.
DISCUSSION
В органогенезе кишки человека вся средняя кишка удлиняется приблизительно в 3-4 раза в течение короткого периода времени (с 1.21 мм на ст. Carnegie 14 до 4.23 мм на ст. Carnegie 17; примерно внутриутробный возраст: 5 - 6 после оплодотворения), в то время когда длина от макушки до кончика крестца возрастает только в 2 раза в тот же период (O'Kahilly and Muller, 1987), в результате возникает пупочная грыжа на ст. Carnegie 16 (O'Rahilly and Muller, 2001), это указывает на то, что этот период является критическим для элонгации средней кишки. Было показано, что во время этого периода двенадцатиперстная кишка подвергается серии морфогенетических событий, поскольку она удлиняется, т.е.уменьшается в диаметре эпителиальная трубка, происходит закупорка эпителиального просвета и реканализация, ведущая к формированию ворсинок; нарушения этих событий проявляются в виде врожденных аномалий, таких как атрезия двенадцатиперстной кишки и удвоение двенадцатиперстной кишки (Matsumoto et al., 2002). Данное исследование показало, что во время первых двух морфогенетических событий, т.е. уменьшения диаметра и закрытия просвета, не имеет места ни предоминирование апоптоза, ни увеличения количества клеток, указывая тем самым, что эпителиальные клетки конвергируют в направлении RC оси, вызывая элонгацию кишки (Matsumoto et al, 2002). Сходным образом мы установили, что во время морфогенеза мыши со ст. E11.0- E11.5 (соотв. ст. Carnegie 14-16 у человека; Theiler, 1989), диаметр эпителиальной трубки обнаруживает тенденцию сужаться в то время как она удлиняется, подтверждая, что средняя кишка удлиняется, по крайней мере, частично с помощью CE, как это было подтверждено у человека. Эти согласующиеся находки у человека и мыши, по-видимому, подтверждают, что динамический морфогенез, т.е. элонгация средней кишки, происходит во время этого критического периода с помощью CE механизма. В данном исследовании Ror2 строго экспрессируется в эпителии от ростральной до средней части кишки во время этого критического органо-генетического периода кишки.
Ror2-/- эмбрионы обнаруживают укороченную и расширенную эпителиальную трубку в средней части средней кишки на ст. E11.5. Поскольку общее количество эпителиальных клеток не отличается существенно от контрольной средней кишки, то очевидно. что эпителиальные клетки накапливаются в укороченной средней части средней кишки у Ror2 эмбрионов. Эта морфогенетическая аномалия указывает на то, что в отсутствие Ror2 эпителиальные клетки неспособны перестраивать самих себя для элонгации трубки вдоль RC оси. Т.о., находки, что наиболее сильная экспрессия Ror2 и фенотипы Ror2-/- в эпителии в этот период и в этом месте согласуются с мнение, что Ror2 играет роль в критическом механизме элонгации, по крайней мере, за счёт механизма CE.
Хотя аномальные фенотипы, обнаруживаемые в кишечнике Ror2-/- эмбрионов были не столь тяжелые как у эмбрионов Wnt5a-/-, обнаруживается много сходства между двумя мутантами в фенотипе кишечника, включая укорочение и расширение средней кишки, расширенные остатки вителлинового протока, не нарушенная дифференцировка компонентов кишки (Cervantes et al., 2009) и аберрантные клеточные манжетки в эпителии (Matsuyama et al., 2009). Эти сходства указывают на то, что Ror2 в самом деле действует как рецептор (или корецептор) для Wnt5a, чтобы обеспечить передачу нижестоящих сигналов во время развития кишки. Однако мы наблюдали и некоторые отличия между Ror2-/- и Wnt5a-/- эмбрионами, которые подтверждают, что др. нижестоящие пути для передачи сигналов Wnt5a и/или др. лиганды для Ror2 действуют при развитии кишечника. BrdU-мечение неспособно выявить какие-либо изменения в скорости клеточной пролиферации в средней части средней кишки Ror2-/- эмбрионов. Следовательно, Ror2 не вносит существенного вклада в регуляцию пролиферации эпителия во время раннего морфогенеза средней кишки у мыши. С др. стороны, эпителиальная пролиферация поставлена под угрозу у эмбрионов Wnt5a-/- во время развития кишки (Cervantes et al., 2009). Др. различия между Ror2-/- и Wnt5a-/- эмбрионами заключаются в общем укорочении кишечника у Ror2-/- эмбрионов. В отсутствие Wnt5a, длина тонкого кишечника затрагивается сильнее, чем длина др. частей ЖКТ (Cervantes et al., 2009). Ror2 экспрессируется по всей мезенхиме кишечника во время всех стадий эмбрионального развития, тогда как экспрессия Wnt5a локализуется в мезенхиме в регионе соединения между средней и задней кишкой. Различия в повреждаемых регионах отражают различия в паттернах экспрессии и/или в роли, играемой в элонгации кишечника мезенхимы (напр., образование мышечного слоя), что нуждается в дальнейшем исследовании.
У Ror2-/- эмбрионов дно желудка и слепая кишка укорочены на ст. E18.5. Эти органы были регионами, обладающими лишь низкими уровнями экспрессии Ror2 в энтодерме E10.5 - E12.5. С др. стороны, высокие уровни экспрессии Wnt5a обнаруживаются в мезенхиме этих регионов. Одним из возможных механизмов того, как эти органы повреждаются у Ror2 эмбрионов, может быть тот, согласно которому высокие уровни экспрессии лиганда могут компенсировать низкие уровни экспрессии рецептора; такой способ компенсации может играть важную роль в морфогенезе этих структур. Др. возможное объяснение может заключаться в том, что внутримезенхимные взаимодействия между Wnt5a и Ror2 могут быть необходимы для развития дна и слепой кишки. Фактически, в мезенхиме для желудка и слепой кишки от умеренных до высоких уровни экспрессии Ror2 наблюдаются с E10.5 по E12.5.
Недавно было продемонстрировано, что Ror2 обеспечивает передачу сигналов Wnt5a, чтобы регулировать миграцию мезенхимных клеток вдоль задне-преденей оси нёба (He et al., 2008). В культивируемых мезенхимных клетках было показано, что Ror2 необходим для Wnt5a-индуцированной поляризованной клеточной миграции, которая обеспечивается с помощью активации c-Jun N-terminal kinase (Nishita et al., 2006; Nomachi et al., 2008). В данном исследовании на ст.E11.5, Wnt5a экспрессируется в мезенхиме каудальной части средней кишки, тогда как сильная экспрессия Ror2 наблюдается в эпителии ростральной и средней части средней кишки. Этот реципрокный паттерн экспрессии может создавать морфогенетический градиент Wnt5a для Ror2-экспрессирущих клеток. Отсутствуют доказательства, что Ror2-экспрессирующие эпителиальные клетки перемещаются вдоль RC оси кишки. Скорее эпителиальные клетки рассматриваются как перемещающиеся перпендикулярно продольной оси во время CE. Поэтому возможно, что при наиболее сильной передаче сигналов Wnt5a происходит в большей степени конвергенция трубки в ассоциации с градиентом Wnt5a вдоль RC оси.
У рыбок данио ориентированные клеточные деления являются движущей силой для элонгации оси во время гаструляции (Gong et al., 2004). Ориентированные клеточные деления вдоль RC оси также могут вносить вклад в удлинение органа при морфогенезе кардиального отдела желудка у мыши на ст. E12.5 (Matsuyama et al., 2009). Однако наши результаты указывают на то, что не выявляется различий в распределении углов клеточных делений между контрольными и Ror2 эмбрионами, указывая тем самым, что Ror2 не играет роли в контроле ориентации клеточных делений при удлинении средней кишки.
У эмбрионов с Sfrps компаундными мутациями (напр., Sfrp1-/- Sfrp2-/- и Sfrp1-/-Sfrp2-/- и Sfrp5-/+ эмбрионов) также как и у Wnt5a-/- эмбрионов, наблюдаются глыбки клеток с нарушенной апико-базальной полярностью и было предположено, что передача сигналов Wnt5a, включая Sfrp модуляции, регулирует координацию апико-базальной полярности в развивающемся тонком кишечнике (Matsuyama et al.. 2009). Мы также установили глыбки клеток с нарушенной полярностью в эпителии средней кишки Ror2-/- эмбрионов, это подтверждает, что Ror2 может также участвовать в регуляции клеточной полярности. В эпителиальных клетках Ror2 концентрируется в базальных мембранах, встречается в умеренных количествах в латеральной мембране и редко присутствует в апикальном регионе. Подобная субклеточная локализация Ror2 вдоль апико-базальной оси подтверждает его функцию в установлении и/или поддержании апико-базальной клеточной полярности. Пока предыдущие сообщения демонстрировали, что Wnt5a взаимодействует с Frizzled3 (Kawasaki et al.. 2007), которым богат апикальный регион эпителия кишечника (Matsuyama et al., 2009), существующее распределение Ror2 отличается от такового для Frizzled3, это опять же указывает на множественные сигнальные пути с участием Wnt5a и/или Ror2.
Было продемонстрировано, что во время раннего развития желудка у человека эпителий состоит из псевдостратифицированного столбчатого эпителия, так что ядра клеток располагались на разных уровнях эпителия (Otani et al., 1993). В данном исследовании во время нормального развития средней кишки митотические клетки были локализованы на просветной стороне эпителия, а ДНК-синтезирующие клетки, обнаруживаемы как BrdU-позитивные клетки, находились на базальной стороне эпителия (for examples, see Fig. 7A,C), указывая тем самым, что ядра эпителиальных клеток кишки могут менять своё положение синхронизировано с клеточным циклом, подобно интеркинетической миграции ядер, которая происходит в нейроэпителии во время развития головного мозга (Jacobson, 1991). Эпителиальные клетки в глыбках клеток, которые потеряли свою полярность у Ror2-/- эмбрионов, не обнаруживают пролиферации и фактически обнаруживают повышенный апоптоз. Эти находки подтверждают, что эти клетки избежали нормальной клеточной кинетики и находятся в процессе элиминации с помощью апоптоза. Интересно, что глыбки постоянно обнаруживаются в регионе, ограниченном непосредственно ростральнее бифуркации дилятированного вителлинового протока от средней кишки, диаметр которого резко уменьшается непосредственно каудальнее бифуркации у Ror2-/- эмбрионов, в противоположность более постепенному сужению, наблюдаемому у контрольных эмбрионов. Т.о., имеющиеся воспроизводимые и тесные пространственные взаимоотношения между нарушенным морфогенезом средней кишки и подобными аберрантыми глыбками клеток. Это тесное взаимоотношение может указывать на то, что эти аномальные морфогенетические события механически вязаны др. с др.
Сайт создан в системе
uCoz
, Toshihisa Hatta, Michiru Nishita, Yasuhiro Minami, anв Hiroki Otani