Посещений:
ФОРМИРОВАНИЕ ПАТТЕРНА КОНЕЧНОСТЕЙ

Роль экспрессии R-spondin2 в АЭГ

R-spondin2 expression in the apical ectodermal ridge is essential for outgrowth and patterning in mouse limb development
Motoko Aoki, Hiroshi Kiyonari, Harukazu Nakamura, Hitoshi Okamoto
Develop Growth Differ. (2008) 50,185-95

Mouse R-spondin2 (Rspo2) is a member of the R-spondin protein family, which is characterized о у furin-like cysteine-rich domains and a thrombospondin type 1 repeat. R-spondin is a secreted molecule that activates Wnt/β-catenin signaling Rspo2-deficient mice were generated to investigate the function of mouse Rspo2 during embryonic development The homozygous mutant forelimb showed defects in distal phalanges and nail structures, and the digits were anomalous in shape. The homozygous mutant hindiimb showed more severe malformations, including lack of digits and zeugopod components Rspo2 is expressed in the apical ectodermal ridge (AER) of the developing limb. Egf8 expression in the AER was significantly lower in the homozygous mutant forelimb than in the wild-type forelimb aric it was disturbed along the dorsoventrai axis. In the homozygous mutant hindiimb Fgf8 and Fgf4 expression in the posterior AER and Sonic hedgehog expression m the zone of polarizing activity (ZPA) were reduced. The homozygous mutant hindiimb also showed exoansicn of Wnt7a expression in the dorsal ectoderm toward the ventral side. This study shows that Rspo2 is critical for maintenance of the AER and for growth and patterning in iimb development.

Исходный текст статьи и Рисунки
Семейство R-spondin белков законсервировано среди позвоночных и состоит из 4 родственных членов R-spondin 1- 4 (Rspo1-4) (Kamata et a!. 2004; Kazan-skaya et at. 2004). Эти белки содержат N-терминальный сигнальный пептид, furin-подобные богатые cysteine домены, thrombospondin type 1 повтор и C-терминальную низкой сложности область, обогащенную позитивно заряженными аминокислотами. R-spondin белки секретируемые протеины, которые действуют синергично с внеклеточными компонентами пути Wnt (Kazanskaya etal. 2004, Kim et al. 2005: Nam et al. 2006: Bmnerts et at 2007: Wei et al. 2007). R-spondin могут также действовать как класс лигандов, независимых от Wnt белков, приводя к активации нижестоящих β-catenin-зависимых генов (Kazanskaya etal. 2004; Kim etal 2005). Секретируемый RSPO1 человека способствует пролиферации кишечного эпителия благодаря стабилизации β-catenin (Kim etal. 2005). Rspo2 способствует миогенезу посредством пути передачи сигналов Wnt/β-catenin у Xenopus (Kazanskaya etal. 2004) Более того, Rspo3 необходим для инвазии плодных кровеносных сосудов в хорион и для морфогенеза ветвления лабиринта в плаценте мыши (Aoki et al. 2007).
R-spondin гены мыши обнаруживают самостоятельные паттерны экспрессии в развивающихся конечностях (Kazanskaya etal 2004. Aoki etal. 2007; Nam etal. 2007b). Rspo2 специфически экспрессируется в апикальном эктодермальном гребне развивающихся конечностей (AER) на дистальном конце, который действует как сигнальный центр (Capdevila & Izpisua Belmonte 2001; Niswarider 2003, Mercader 2007) AER продуцирует Fgf, которые необходимы для проксимо-дистального роста и для реализации проксимо-дистального паттерна. Задний регион мезенхимы конечности (zone of polarizing activity, ZPA) продуцирует Sonic hedgehog (Shh) и отвечает за формирование передне-заднего паттерна (Hill 2007) . Дорсальная часть эктодермы продуцирует Wnt7a и отвечает за формирование дорсо-вентрального паттерна (Parr & McMahon 1995). Активность сигнальных молекул, специфичных для трех осей, интегрируется таким образом, что формирование различных элементов конечностей оказывается скоординированным в отношении трехмерного пространственного расположения (Niswander 2002).
Wnt сигналы участвуют в формировании паттерна конечностей (Capdevila & Izpisua Belmonte 2001; Church & Francis-West 2002). Мутантные мыши, дефицитные по lymphoid enhancer factor-1 (LEF-1) и T cell factor-1 (TCF-1), транскрипционным факторам, которые усиливают экспрессию генов в ответ на передачу сигналов Wnt, теряют экспрессию Fgf8 в AER и экспрессию Engraiied-1 (En-1) в вентральной части эктодермы (Galceran etal 1999). Мыши, дефицитные по Wnt рецептору LRP6, обнаруживают прерывистость в экспрессии Fgf8, снижение экспрессии Shh и вентральные дупликации (Pinson etal. 2000) В соответствии с этими находками, β-catenin является обязательным для образования и поддержания AER, и для формирования дорсо-вентрального паттерна (Barrow etal 2003; Soshnikova et al. 2003; Hill etal. 2006).
У эмбрионов кур экспрессия Wnt3a в AER необходима для формирования AER (Kengaku et al. 1998; Galceran etal. 1999; Boulet etal 2004: Narita etal. 2007). Для сравнения, Wnt3a не экспрессируется в AER у мыши и, по-видимому, не участвует в развитии конечностей (Takada etal. 1994). Вместо этого, близко родственный Wnt3 экспрессируется повсеместно в эктодерме конечности и необходим для нормального развития конечностей мыши: Wnt3 мутантные мыши обнаруживают прерывистую экспрессию Fgf8 в AER (Barrow et al. 2003). В отличие от Wnt3a не известны Wnt белки, экспрессирующиеся специфически в AER, которые рекрутировались бы для формирования и поддержания AER . В данном исследовании было показано, что we show that Rspo2 экспрессируется в AER мыши и существенен для поддержания AER



Discussion


Rspo2 экспрессируется в AER и существенен для поддержания AER в конечностях.

Role of Rspo2 in the forelimb


Экспрессия Fgf8 в AER была прерывистой в передней области передних конечностей на ст. Е10.5 у Rspo2 мутантных мышей (Fig. 4C). Экспрессия Fgf4, др. гена маркера AER, обычно наблюдаемая в задней части AER, сдвигается кпереди на Е10.5 (Fig. 4E). Эти результаты указывают на то, что Rspo2 важен для нормальной экспрессии AER-специфических генов и для поддержания AER. В переднем регионе мутантных Rspo2 передних конечностей экспрессия Wnt7a в дорсальной эктодерме распространяется на вентральную эктодерму (Fig. 6C). Это указывает на то. что дефекты AER, обусловленные отсутствием Rspo2 могут вести к аномальному расширению экспрессии специфичных дорсальных маркерных генов.
На ст. E11.5. Экспрессия Fgf8 существенно снижается в Rspo2 мутантных передних конечностях по сравнению с передними конечностями дикого типа (Fig 4G). Это может быть связано с дефектами дистальных фаланг и ногтевых структур.
Прерывистая экспрессия Fgf8 также наблюдается у мутантов пути передачи сигналов Wnt, таких как LRP6, β-catenin и WntЗ (Pinson etal. 2000. Barrow et al. 2003). Эти находки согласуются с Rspo2 в качестве позитивного модулятора передачи сигналов Wnt/β-catenin (Kazanskaya etai 2004). Поскольку Wnt3 экспрессируется повсеместно в эктодерме конечностей, то Rspo2 может регулировать функцию Wnt3 в AER.

Role of Rspo2 in the hindiimb


Экспрессия Fgf8 также была прерывистой в AER Rspo2 мутантных задних конечностей (Fig. 4K,P). Однако экспрессия Fgf8 была редуцирована в заднем регионе AER в задних конечностях на ст. Е10.5 (Fig. 4K) . Сходным образом экспрессия Fgf4 в задней части AER и Shh в ZPA, которая располагается в задней части мезенхимы, также была снижена на ст. Е10.5 (Figs 4N and 5E). Эти изменения в экспрессии Fgfs в задней части AER у Rspo2 мутантных эмбрионов могут приводить к дефектам в экспрессии Shh в ZPA, т.к. Fgf8 и Fgf4 регулируют экспрессию Shh (Laufer etai. 1994; Niswander etal. 1994; Boulet etal. 2004). Эти результаты указывают на то, что поддержание экспрессии Fgfs в задней части AER с помощью Rspo2 важно для функции ZPA и что Rspo2 необходим для Fgf-Shh петли обратной связи в задних конечностях. Разрыв этой петли обратной связи может вести к тяжелым уродствам мутантных Rspo2 задних конечностей, включая отсутствие пальцев и компонентов zeugopod. Уровень снижения экспрессии Fgt8, Fgf4, Shh и Ptch-1 варьирует в задних конечностях и эти различия могут объяснить форму мутантных задних конечностей. Усиление фенотипических отклонений в задних конечностях может быть индуцировано различиями в стадиях развития между передними и задними конечностями и/или некоторыми генами, специфически экспрессирующимися в заднем регионе, так Rspo3 может поддерживать развитие передних конечностей приблизительно на ст. Е10 в заднем регионе.
На ст. E11.5, мутантные Rspo2 задние конечности обнаруживают снижение экспрессии Bmp4 в части AER и в дистальной части мезенхимы (Fig. 4R). Сообщалось, что экспрессия Bmp4 контролируется с помощью эктодермальных сигналов β-catenin (Barrow etal. 2003: Soshnikova etai. 2003) и что Rspo индуцирует стабилизацию β-catenin (Kazanskaya etal. 2004; Kim etal. 2005). Следовательно, возможно, что Rspo2 играет важную роль в позитивной петле обратной связи, которая умножает передачу сигналов Bmp посредством стабилизации эктодермального β-catenin.
Несмотря на отсутствие аномалий в видимом формировании D-V паттерна, исходя из положения дермальных подушечек и вентральных сухожилий (Fig. 3E.F; data not shown), мы выявили нарушения в экспрессии маркерных генов для формировании паттерна D-V (Fig. 6). Взаимоотношение между Rspo2 и эктодермальным β-catenin также подтверждается формированием D-V паттерна в мутантных Rspo2 задних конечностях. Экспрессия дорсальных маркерных генов Wnt7a и Lmx1b распространяется на вентральную сторону в мутантных Rspo2 задних конечностях (Fig. 6E,G). Мыши, мутантные по эктодермальному β-catenin, и Lef1/Tcf1 мутантные мыши также обнаруживают расширение экспрессии генов дорсальных маркеров на вентральную сторону и снижение экспрессии генов вентральных маркеров (Galceran etal. 1999; Barrow etal 2003; Soshnikova etal. 2003). Интересно оппозитное событие, вентральное удвоение, происходящее у Wnt7a и LRP6 мутантных мышей (Parr & McMahon 1995; Pinson etal. 2000). Rspo1 взаимодействует с фосфорилирует LRP6 (Wei etal. 2007), и/или противодействует DKK1-зависимой интернализации LRP6 (Bmnerts et al. 2007). Необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить механизм, лежащий в основе передачи сигналов Rspo2 и Wnt во время развития конечностей.

Prospective relationship to congenital abnormality


Мутации в R-spondin лежат в основе генетических нарушений у человека (Blaydon et al. 2006; Parma et al. 2006). Rspo4 экспрессируется в развивающейся мышиной ногтевой мезенхиме на ст. E15.5. и мутанте у людей с наследственной anonychia, характеризующейся отсутствием или тяжелой гипоплазией всех ногтевых пластинок пальцев рук и ног (Blaydon etal. 2006). Мутация WNT3 вызывает tetra-amelia, генетическое нарушение человека, ведущее к отсутствию всех 4-х конечностей (Niemann etal. 2004). Возможно, что мутации Rspo2 ответственны за врожденные онтогенетические аномалии конечностей человека (Ogino 2007).
Во время написания статьи независимо описаны дефектные по Rspo2 мутантные мыши (Nam etal. 2007a). Наши наблюдения в основном согласуются с их результатами, но нами сделаны дополнительные находки для передних конечностей и аномальной экспрессии дорсальных специфических маркеров в задних конечностях.
Сайт создан в системе uCoz