Три наиболее частых врожденных дефекта вызываются аномальным эмбриональным развитием сердца, нервной трубки и лица. Из них дефекты нервной трубки можно уменьшить благодаря приёму фолиевой кислоты, но частота орофациальных расщеплений упрямо сохраняется на одном уровне уже десятилетия (Kohut and Rusen, 2002). Большинство расщеплений являются в основном несиндромальными, т.е. возникают изолированно от др. аномалий (Jugessur and Murray, 2005). Это обусловливается мультифакториально, включая взаимодействие между генами и средовым окружением (Jugessur and Murray, 2005). Расщепления возникают в эмбриогенезе и являются результатом того, что верхние лицевые выпячивания оказываются меньше, обнаруживают задержку роста или отличающуюся морфологию. Чтобы понять возникновение расщеплений и др. более редких дефектов лица, необходимо более полно узнать гены, экспрессирующиеся в лицевых выпячиваниях, особенно на стадиях, когда всё ещё происходит формирование паттерна.

Происхождение мезенхимной ткани, которая представляет лицо может быть прослежено вплоть до клеток краниального нервного гребня. Эти мультипотентные клетки возникают на дорсальных краях нервной трубки в результате взаимодействий между нервной пластинкой и поверхностной эктодермой. В голове они мигрируют латерально и вентрально в виде непрерывных слоев, чтобы заполнить бранхиальные дуги, покрыть головной мозг и окружить глаза. Клетки нервного гребня, возникшие на уровне от диэнцефалона до второго ромбомера заднего мозга являются Hox-негативными и заполняют все регионы эмбрионального лица (Creuzet et al., 2005). Однако скелетный паттерн, происходящий из этих клеток и их мезенхимных производных является отличным и присущ клеткам нервного гребня (Schneider and Helms, 2003). Возникающий в результате скелет верхней и нижней челюсти и время, когда эти паттерны возникают, появляются позднее, как только клетки нервного гребня начинают взаимодействовать с лицевой эктодермой, энтодермой, головным мозгом и тканями глаз.

У эмбрионов птиц клетки нервного гребня прекращают миграцию на ст. Hamburger and Hamilton 14 (Hamburger and Hamilton. 1951), когда начинают формироваться фарингеальные дуги. Следующим важным событием в развитии скелета, является формирование обонятельных плакод на ст. 15, они специфицируют латеральный носовой скелет (Szabo-Rogers et al., 2009). Носовые плакоды делят фронтоназальную область на медиальную фронтоназальную массу и два боковых носовых выпячивания. Обнаруживается мало клеточных перемещений, как только клетки нервного гребня приходят в контакт с лицевой эктодермой, так что клетки фронтоназальных масс не перемещаются в соседние латеральные носовые выпячивания, а postoptic клетки (презумптивные maxillary клетки между глазами и первой дугой) не смешиваются с клетками первой дуги (также известной как нижнечелюстная дугу: Lee et al., 2001, 2004). Выпячивание верхнечелюстного отростка происходит на ст. 18, и это последнее из формируемых лицевых возвышений. Существенное увеличение возвышений происходит между ст. 20 и 28. Кроме того, первоначально разделенные фронтоназальная масса и верхнечелюстной отросток контактируют и сливаются, чтобы сформировать верхнюю губу. Непрерывность мезенхимы между этими верхними лицевыми выпячиваниями служит средством для нормального развития скелета верхней челюсти. В отсутствие контакта и слияния происходит расщепление губы.

На ст. 18-20, каждое лицевое возвышение способно формировать уникальный набор скелетных производных, которые могут быть распознаны отдельно от остальной части головы. Фронтоназальная масса формирует premaxilla и prenasal хрящ, а также др. скелетные элементы срединной линии (Richman and Tickle, 1989). Верхнечелюстные отростки формируют только мембранозные кости, включая нёбо, maxillary, jugal и quadratojugal косточки (Lee et al., 2004). Нижнечелюстные отростки формируют всю нижнюю челюсть, включая Meckel's хрящ (Richman and Tickle, 1989), тогда как боковые носовые возвышения формируют носовые раковины (MacDonald et al., 2004). Т.о., каждое лицевое возвышение формирует самостоятельный паттерн и соотв., как и ожидается, обладает самостоятельным профилем экспрессии.

Профили экспрессии лицевых выпячиваний прогнозируются не только на основании некоторых генов, которые обнаруживаются во время миграции клеток нервного гребня и остающихся экспрессировать в мезенхиме, но и также набора генов, которые экспрессируются de novo, после того как клетки нервного гребня вступают в лицевые выпячивания. Эти поздно экспрессирующиеся гены включают те гены, которые существенны для формирования паттерна мезенхимы, такие как Distaless related гены Dlx5/6 (Distaless homeobox; Beverdam et al., 2002: Depew et al., 2002) и вышестоящий сигнальный Edn1 (Endothelin1; Ozeki et al., 2004) или его рецептор Endra1 (Ruest et al., 2004). Эти эксперименты с потерей функции подчеркивают тот факт, что гены. экспрессируемые в лицевой мезенхиме, происходящей из нервного гребня, необходимы, по большому счёту, для формирования паттерна челюстей. Кроме того, манипуляции с эмбрионами кур, также демонстрируют, что экспрессия генов в постмиграторных клетках нервного гребня драматически изменяется, чтобы придать качественные особенности лицевым выпячиваниям. Изменение уровней двух сигнальных молекул, ретиноевой кислоты и bone morphogenetic protein (BMP), оказалось достаточным, чтобы превратить верхнюю челюсть в вторую фронтоназальную массу (Lee et al.. 2001). Следовательно, путем сравнения мезенхим из maxillary, mandibular и frontonasal mass выпячиваний, мы можем оказаться способны идентифицировать дополнительные гены, участвующие в спецификации качественных особенностей челюстей.

C этой целью были осуществлены некоторые исследования по анализу экспрессии в лицевых регионах с использованием методов, варьирующих от subtractive гибридизации против не лицевых тканей (печени; Fowles et al.. 2003) до анализа микромассивов (Brown et al., 2003; Cai et al., 2005: Ivins et al.. 2005: Handrigan et al., 2007) и serial analysis of gene expression (SAGE, Cai et al., 2005). Ранее два исследования по экспрессии генов в фронтоназальных массах птиц были проведены с использованием изготовленных на заказ массивов кДНК от эмбрионов более старых стадий, когда уже присутствовали скелетные конденсаты. Эти исследования на Darwin's зябликах идентифицировали Bone Morphogenetic Protein 4 (BMP4; Abzhanov et al.. 2004) и Calmodulin (CAM; Abzhanov et al., 2006) , как дифференциально экспрессирующиеся у зябликов с разными морфологиями клюва. Однако, несмотря на эти достижения, геномные подходы для характеристики дифференциальной экспрессии между нормальными лицевыми выпячиваниями, ранее не проводили (Handrigan et al., 2007). Такие исследования важны для улучшения нашего понимания сложных процессов нормального и аномального развития лица. Когда нормальное развитие нарушается за счет генетических или средовых воздействий у животных моделей или человека, то важно знать, какие гены могут обеспечивать подобные эффекты.

В нашем исследовании использовался чип, в котором представлен весь геном, поэтому дифференциально экспрессирующиеся гены, будь они хорошо охарактеризованы или едва лишь обозначены, могут быть выявлены. Отметим, что настоящее исследование является первым прямым сравнением разных регионов лица и не только идентифицировало общие тенденции в профилях экспрессии, но и также выявило специфические наборы генов, которые дифференциально экспрессируются в специфических выпячиваниях. Эмбрионы птиц были выбраны благодаря тому факту, что они являются амниотами и, следовательно, более близки человеку и мышам, чем рыбы и амфибии. Как и у рыб может быть получено большое количество эмбрионов определенной ст. развития. Наконец, детальное картирование лицевых выпячиваний уже было известно (Richman and Tickle, 1989; Lee et al., 2004; Mac-Donald et al.. 2004). Здесь мы получили профили лица эмбриона ст. 18, которая соответствует времени прекращения миграции клеток нервного гребня и прежде чем начнётся дифференцировка клеток мезенхимы. Chip-wide анализ показал, что из трех проанализированных регионов лица, один с наиболее отличающимся профилем - это фронтоназальная масса. После оценки большой группы генов с помощью QPCR на двух разных стадиях, мы представили наборы генов, которые могут быть использованы для идентификации нормальных выпячиваний для верхней и нижней челюстей и фронтоназальных масс.

.....................