Retinoic acid (RA) играет роль в передаче межклеточных сигналов во время органогенеза, действуя как лиганд для ядерных RA рецепторов (RAR) , которые контролируют транскрипцию ключевых генов (Duester, 2008). Недавние исследования показали, что RA важна для индукции зачатков передних конечностей, но что RA необязательна для индукции задних конечностей и установления передне-заднего или проксимо-дистального паттерна зачатков конечностей (Zhao et al., 2009). Однако на последних ст. развития конечностей, когда аутопод начинает формировать пальцы, роль передачи сигналов RA обнаруживается в межпальцевом морфогенезе, исходя из исследований на мышах RARb /RARg двойных нулевых эмбрионов, которые обнаруживает кожные межпальцевые складки на embryonic day (E) 15.5, которые обычно теряются на этой стадии (Ghyse-linck et al., 1997). Дальнейши исследования RARb/RARg двойных мутантов выявили потерю апоптоза в межпальцевой некротической зоне, а также подавление тканевой transglutaminase (Tgm2; tTG), поперечно-связывающего энзима, участвующего в апоптозе, подавлении matrix metallo-proteinase-11 (Mmp11; stromelysin-3) (Dupe et aL, 1999). Эти находки указывают на то, что RA необходима для клеточной гибели в межпальцевой мезенхиме, чтобы предупредить межпальцевые перепонки.
Образование пальцев в передних и задних конечностях мышей также ассоциирует с комплементарной экспрессией двух high mobility group (HMG) domain транскрипционных факторов, колируемых с помощью Sox9, экспрессирующегося в хрящах пальцев, и Hmgn1, экспрессирующегося на границе между пальцами и межпальцевой мезенхимой между E12.5 и E14.5 (Furusawa et aL, 2006). Анализ нулевых мутантов мыши продемонстрировал, что Sox9 важен для формирования хряща (Bi et al., 1999). Анализ Hmgn1-/- культур микромасс из зачатков конечностей показал, что HMGN1 ингибирует экспрессию Sox9 задерживает дифференцировку, подтверждая тем самым роль HMGN1 в контроле формирования пальцев (Furusawa et aL, 2006). Известный дополнительный ген, Fgf18, экспрессируется в перихондрии (на наружной поверхности развивающейся кости) и в межпальцевой мезенхиме, где он предположительно действует как регулятор хондрогенеза и остеогенеза (Liu et al., 2002). Т.о., Hmgт1 и Fgf18 играют роли в ремоделировании ткани в соединении палец-межкальцевая ткань во время образования пальцев.
Retinaldehyde dehydrogenase-2, кодируемая с помощью Raldh2 (Aldhla2), окисляет витамина A метаболит retinaldehyde в RA, и тем самым контролирует большую часть эндогенного синтеза RA во время органогенеза позвоночных (Duester, 2008). Потеря передачи сигналов RA у Raldh2-/- мышиных эмбрионов едет к дефектам удлинения оси тела и развития сердца, что ведет к крупным аномалиям развития после E8.5 при отсутствии признаков развития конечностей (Niederreither et al., 1999; Mic et al., 2002). Ограниченное материнское поступление с пищевой RA устраняет раннюю летальность у Raldh2-/- эмбрионов (Niederreither et al., 2001), при этом передние конечности обнаруживают существенную задержку роста по сравнению с задними, которые растут нормально E10.5 (Zhao et al., 2009). Эти различия между развитием передних и задних конечностей у восстановленных Raldh2-/- эмбрионов демонстрируют, что действие RA на ось тела в E7.5-E8.5 необходимо для индукции передних конечностей (наиболее вероятно посредством RA репрессии аксиальной экспрессии Fgf8), но что RA не нужна для индукции задних конечностей на ст. E9.5, и для формирования паттерна передних и задних конечностей (Zhao et al., 2009). Т.к. более поздняя экспрессия Raldh2 инициируется в межпальцевой мезенхиме на ст. E12.5 (Niederreither et al., 1997; Kuss et al., 2009), то исследование задних конечностей Raldh2-/- восстановленных мутантов на более поздних стадиях создает модель потери функции для проверки более поздней роли RA в межпальцевых зонах.
Здесь мы восстанавливали Raldh2
-/- эмбрионов, чтобы проверить поздние эффекты передачи сигналов RA на ст. E13.5 в мутантных аутоподах задних конечностей, которое происходит сравнительно нормально, ели судить по внешности, но которое полностью лишено синтеза RA. Наши находки продемонстрировали, что RA, генерируемая с помощью Raldh2 необходима для межпальцевого апоптоза. Наши исследования также показали, что RA индуцирует экспрессию Hmgn1 и Fgf18 специфически на месте digit-interdigit соединения, это помещает вышестоящие RA гены, которые определяют периферию пальцев во время ремоделирования межпальцевой ткани.
DISCUSSION
После индукции и формирования паттерна конечности, синтез RA инициируется в аутоподе на ст. E12.5 и передача сигналов RA оказывается при этом ограниченной межпальцевыми зонами с помощью комбинации межпальцевой экспрессии Raldh2 и экспрессии Cyp26b1 в развивающихся пальцах. Анализ Raldh2-/- аутопод идентифицировал несколько генов, чья межпальцевая экспрессия или полностью теряется (Mmp11, RARb, Fgf18, Bmp7) или существенно подавляется (Hmgn1). Напротив, экспрессия Sox9 и Bmp4 в пальцевых хрящах остается неизменной при потере RA. Сходным образом, поскольку экспрессия Fgf18 теряется в межпальцевых зонах Raldh2-/- аутопод, то мы установили, что она сохраняется в пальцах (в особенности в суставах) это согласуется с тем, что передача сигналов RA не происходит в хрящах пальцев из-за экспрессии Cyp26b1. Существует прецедент для RA, регуляция определенных доменов экспрессии Fgf18, так было установлено, что экспрессия Fgf18 на границе сомитной/пресомитной мезодермы нуждается в синтезе RA, контролируемом с помощью Raldh2 (Vermot et al., 2005; Zhao and Duester, 2009). Наше наблюдение, что передача сигналов RA обычно отсутствует в развивающихся хрящах пальцев и, по-видимому, необходима для скелетогенеза, согласуется с предыдущими наблюдениями, что добавление RA или потеря Cyp26b1 ингибируют образование хряща или оссификацию (Biddulph et aL, 1988; Laue et al., 2008; Kuss et al., 2009; Maclean et al., 2009).
В дополнение к недавним исследованиям было продемонстрировано, что хотя экспрессия RARg в ростовой пластинке кости необходима для роста кости, эндогенная RA не обнаружима в ростовой пластинке, а дальнейшие функциональные эксперименты продемонстрировали, что RARg действует как безлигандный репрессор во время роста кости (Williams et al., 2009).
Синтез RA, контролируемый с помощью экспрессии Raldh2, первоначально осуществляется по всей межпальцевой зоне на ст. E12.5. На ст. E13.5 мы обнаружили, что RARE-lacZ ( RA-reporter трансген) и Mmp11 (эндогенный ген мишень для RA) экспрессируются по всей межпальцевой зоне и оба нуждаются в синтезе RA для экспрессии. Исходя из предыдущих исследований RARb /RARg мутантных мышей, стало ясно, что RA должна действовать во всей межпальцевой зоне, чтобы индуцировать Mmp11 и инициировать апоптоз, который в конечном итоге элиминирует эту ткань на ст.E15.5 (Dupe et aL, 1999). Мы установили, что Raldh2-/- аутоподы также обнаруживают существенную редукцию межпальцевого апоптоза, тем самым получены доказательства, что и лиганды и рецепторы для передачи сигналов RA являются критическими для межпальцевого апоптоза.Mmp11, по-видимому, участвует в ремоделировании ткани во время процесса апоптоза посредством деградации внеклеточного матрикса, так как это делают др. члены семейства матричных metalloprotemase (Bai et al., 2005). Мы также установили, что Raldh2-/- аутоподы обнаруживают существенное уменьшение экспрессии в межпальцевой зоне Bmp7 , который может быть критическим для BMP-обеспечиваемой индукции апоптоза. Однако мы установили, что эндогенная RA не регулирует экспрессию Bmp2 или Bmp4 в апикальном эктодермальном гребне, который также связан с межпальцевым апоптозом (Pajni-Underwood et al., 2007; Maatouk et al., 2009), и мы не бнаружили потребности в эндогенной RA для регуляции экспрессии Msx2 или Fgf8 в апикальном эктодермальном гребне.
Представленные здесь находки подтверждают, что помимо индукции межпальцевого апоптоза, RA также действует, чтобы детерминировать digit-interdigit соединение, где и происходит ремоделирование ткани. На ст. Е13.5 мы наблюдали, что экспрессия Raldh2 ограничена digit-interdigit соединением скорее, чем экспрессируется по всей межпальцевой зоне. В противоположность Mmp11, межпальцевая экспрессия RARb, Hmgn1 иd Fgf18 на ст. E13.5 аутоподов обнаруживается специфически в digit-interdigit соединении скорее, чем по всей межпальцевой зоне, это коррелирует с экспрессией Raldh2 в этом домене. Hmgn1 и Fgf18 , как было установлено ранее, экспрессируются в межпальцевой зоне и участвуют в регуляции образования пальцев (Liu et al., 2002; Furusawa et al., 2006). Было предположено, что синтез RA оказывается преимущественно локализованным в месте соединения палец-межпальцевая зона в процессе развития аутопода, это ведет к позитивной регуляции RARb, которая интенсифицирует передачу сигналов RA в месте этого соединения, приводя к активации Hmgn1 и Fgf18. Т.о., RA-индуцированная передача сигналов FGF специфически в месте соединения digit-interdigit может быть необходима для нормального ремоделирования ткани во время образования пальцев. Итак, наша новая модель межпальцевого действия RA указывает на то, что передача сигналов RA действует выше Hmgn1 и Fgf18, чтобы инициировать процесс ремоделирования ткани, что д. приводить к формированию digit-interdigit соединения, предопределяющего в конечном итоге край домена, который подвергается элиминации во время межпальцевого апоптоза.
Сайт создан в системе
uCoz 