Усложнение в ходе развития базируется на последовательных, производимых клетками решениях, чтобы очиститься от грубых инициальных асимметрий и создать всё увеличивающуюся сложность. Способность одного пути запускать или репрессировать следующий и создает основу оптимизации паттернов. Эти взаимодействия могут принимать форму простого включения и выключения или более усложненных цепей (circuitry), используя, напр., 'feed forward' логику, которая предполагает, что следующая программа будет включена только после длительной активации. Этот принцип был показан для индукции судьбы первичных пигментных клеток c помощью комбинированной активности EGFR и Notch путей (Nagaraj and Banerjee, 2007).

Др. стратегия комбинирования продуктов от разных путей, которая, по-видимому, наиболее превалирует, это завершение интеграции на уровне промотора каждого из генов мишеней. Эта стратегия предоставляет необычайную гибкость, т.к. позволяет включение разных задуманных принципов в каждый из промоторов, так что пути могут быть антагонистичными или синергичными в контексте разных промоторов. Помимо интеграции ткане-специфических элементов в промоторы генов мишеней обеспечивается тканевой контекст и клеточная 'history', так что один и тот же путь(и) может запускать разные гены в разных тканях (Flores et al, 2000; Halfon et al, 2000; Xu et al, 2000). Т.к. эти пересечения происходят на ступени финального продукта, то они используют перекрестную модуляцию 'hardware' каждого из путей, которые осуществляют передачу сигналов от внеклеточной среды в ядро.

Существуют также глобальные пересечения между путями, так что активация одного пути облегчает или ослабляет реакцию батареи генов мишеней др. пути скоординированным образом. Эти взаимодействия неизбежно вызывают необходимость эффекта одного пути на интегральный сигнальный компонент др. пути, приводя к глобальному эффекту на все гены мишени. Описано очень немного примеров такого типа модуляции. Напр., передача сигналов RTK, приводящая к MAPK фосфорилированию Groucho, ослабляет активность Groucho как транскрипционного репрессора и влияет на его глобальную активность в контексте Notch пути (Hasson et al, 2005). Сходным образом, MAPK и Wnt-регулируямое GSK3 фосфорилирование белков Smad, как полагают, ослабляет общую реакцию клеток на BMP лиганды (Fuentealba et al, 2007). В работе Nagaraj and Banerjee приводится др. пример глобального эффекта передачи сигналов EGFR как на Notch, так и Wingless (Wg) пути (Nagaraj and Banerjee, 2009).

В этой работе идентифицирован специфический негативный регуляторный механизм для Notch и Wg путей, который функционирует на уровне эндоцитических пузырьков. Адапторный белок Phyllopod (Phyl) делает сбалансированный уровень активированных компонентов Notch и Wg путей доступным. Фенотипическое следствие потери функции Phyl в развивающихся глазах включает потерю R1, R6 и R7 фоторецепторных клеток, избыточную спецификацию не-нейрональных конусных и пигментных клеток и потерю спецификации щетиночного комплекса (Chang et al, 1995; Dickson et al, 1995). В работе было показано, что Phyl снижает уровни Delta, Notch и Wg внутри х пузырьков и облегчает их направление на деградацию (Figure 1).

Schematic representation of the function of Phyl in regulating Notch and Wingless signal transduction (adapted from Nagaraj and Banerjee, 2009). See text for details.

Т.к. трафик посредством эндоцитических пузырьков обычно необходим для созревания этих белков, то блокирование ранней эндосомной стадии в отсутствие Phyl ведет к усилению передачи сигналов Notch и Wg. Функция Phyl необходима для удаления сигнальных компонентов из эндоцитических пузырьков после раунда передачи сигналов, но не непосредственно из плазматической мембраны перед передачей сигналов, таким образом регулируется время пребывания компонентов путей передачи сигналов Notch и Wg в ранних эндоцитических пузырьках. Т.к. phyl является транскрипционной мишенью передачи сигналов EGFR в глазах, то эти наблюдения указывают на негативное взаимодействие между путями RTK и Notch/Wg. Пост-транскрипционное подавление передачи сигналов Notch и Wg c помощью Phyl делает возможной тонкую настройку сигнала и создает деликатный баланс между активными путями передачи сигналов Notch/Wg и путем их деградации c помощью лизосомного пути.

Жестко смонтированные взаимные соединения между сигнальными путями, такие как описанные в статье Nagaraj and Banerjee, могут в принципе компроментировать комбинаторную сложность и регуляторную гибкость. В этом случае, однако соединение, инициируемое c помощью EGFR-индуцированной транскрипции phyl и может быть ограниченным специфическими тканевыми наборами, необходимыми для этого особенно глобального взаимодействия между EGFR и Notch/Wg путями.

Dishevelled limits Notch signalling through inhibition of CSL.

G. M. Collu, A. Hidalgo-Sastre, A. Acar, L. Bayston, C. Gildea, M. K. Leverentz, C. G. Mills, T. W. Owens, O. Meurette, K. Dorey, K. Brennan,
Development 139, 4405–4415 (2012).

Пути передачи сигналов Notch и Wnt важны для выбора клеточных судеб во многих контекстах, включая некоторые, в которых два пути противостоят один другому. В некоторых случаях передача сигналов Wnt репрессирует передачу сигналов Notch вызывая в результате состояние "Wnt-ON/Notch-OFF", но механизм, с помощью которого это происходит, неясен. После соединения с внеклеточным лигандом, таким как Jagged или Delta, трансмембранный рецептор Notch расщепляется с помощью γ -secretase и Notch intracellular domain (NICD) транслоцируется в ядро, где он кооперирует с транскрипционным фактором RBPJ (recombination signal binding protein for immunoglobulin J region), чтобы активировать транскрипцию генов мишеней. Collu et al. сообщили, что Wnt-обеспечиваемое ингибирование передачи сигналов Notch может происходить посредством непосредственного ингибирования RBPJ с помощью Dishevelled (Dvl). Dvl является каркасным белком, который рекрутирует комплекс деструкции β-catenin на активированные Wnt рецепторы, которые ингибируют активность деструктивного комплекса, чтобы обеспечить стабильность и в конечном итоге накопление в ядре β-catenin. Collu et al. установили, что экспрессия чувствительного к передаче сигналов Notch luciferase репортера в культивируемых клетках нейробластомы, снижалась за счет экспрессии трансген кодирующего Wnt1 или путем воздействия на клетки кондиционированной средой после клеток, экспрессирующих Wnt1, а уменьшение концентрации Dvl2 за счет RNAi предупреждало эту обусловленную Wnt1 редукцию экспрессии Notch репортера. Тогда как избыточная экспрессия Wnt1 или Dvl2 снижала транскрипционную активность активированной формы Notch, а экспрессию трансгена, кодируемого стабилизированной формой β-catenin нет. В клетках Chinese hamster ovary (CHO) избыточная экспрессия Dvl2 ингибирует активность всех четырех Notch белка человека, но не предупреждает протеолитический процессинг Notch или транслокацию в ядро NICD. Как эндогенная, так и меченная версии Dvl2 и RBPJ белков совместно преципитируются из экстрактов CHO клеток, а избыточная экспрессия Wnt1 или Dvl2 снижает обилие RBPJ в ядерных экстрактах. У эмбрионов Xenopus laevis инъекции morpholino олигонуклеотидов, нацеленных на XDvl2, и инъекции XDvl2 мРНК оказывают противоположные эффекты на Notch-обеспечиваемую специализацию судеб реснитчатых эпидермальных клеток. Избыточная экспрессия β-catenin не оказывает эффекта на спецификацию этих клеток. Повышение концентрации XDvl2 также снижает экспрессию эндогенных генов мишеней для Notch и устраняет доминантный фенотип от избыточности функции Notch у эмбрионов лягушек. Как мушиные, так и лягушачьи ортологи Dvl2 ингибируют способность соотв. видо-специфичных RBPJ ортологов активировать экспрессию репортера luciferase в клетках CHO. Эти результаты подтверждают модель, согласно которой Dvl ингибирует передачу сигналов Notch, предупреждая формирование NICD-RBPJ транскрипционного активаторного комплекса.

Оригинал статьи с рис.