Посещений:
НЕРВНАЯ ТРУБКА: СПЕЦИФИКАЦИЯ СУДЕБ НЕРВНЫХ КЛЕТОК

Передача Сигналов Sonic Hedgehog

Making a grade: Sonic Hedgehog signalling and the control of neural cell fate
James Briscoe
EMBO Journal (2009) 28, 457 - 465


Рис.1.
 |  Sonic Hedgehog acts in a graded manner to pattern the ventral neural tube.


Рис.2.
 |  Graded Shh signalling acts by controlling the expression of a set of transcription factors in neural progenitors


Рис.3.
 |  A temporal adaptation mechanism interprets graded Shh signalling



Lewis Wolpert прекрасно сформулировал свою идею (Wolpert 1969, 1996) на примере модели французского флага. Этот всеобщи й механизм подразделения поля клеток на три вавные порции красную, белую и голубую во французском триколоре. Согласно модели фиксированная часть ткани, постулируется как соотв. организатор, который продуцирует сигнал. Сигнал распространяется на остальную ткань образуя градиент. Клетки внутри ткани отвечают и интерпретируют градиентный сигнал количественным образом. Затем клетки оценивают своё положение относительно организатора в соотв. с концентрацией сигнала (Figure 1A). Термин морфоген используется для обозначения сигналов, которые действуют подобным образом. Определение подчеркивает две характеристики морфогена: он д. действовать концентрационно-зависимым образом, чтобы индуцировать разные реакции на разные пороги и он д. распространяться по ткани, чтобы действовать на расстоянии от своего источника. Figure 1. Figure 1 : (A) A morphogen can pattern a developing tissue. A secreted signal (blue) is produced from a localized source (S) and spreads through the tissue to establish a gradient. Cells respond to different concentrations of the signal by regulating different sets of genes (red, orange and yellow). This induces distinct cell fates (A, B and C) at different distances from S (adapted from the French Flag Model in Wolpert, 1969). (B) Shh protein (brown) is produced from the notochord (n) and floor plate at the ventral midline of the neural tube. Shh spreads dorsally establishing a gradient that controls the generation of distinct neuronal subtypes (interneurons (V0-V3) and motor neurons (MN)). In vitro, different concentrations of Shh are sufficient to induce the distinct neuronal subtypes. The concentration of Shh necessary to induce a specific subtype corresponds to its position of generation in vivo. View full figure (150 KB)
Здесь особое внимание будет уделено спинному мозгу, где различные классы нейронов, включая motor neurons (MNs) и ряд интернейронов участвуют в передаче сенсорной информации и в скоординированном моторном действии (Jessell, 2000). Каждая популяция нейронов возникает из блоков пролиферирующих предшественников, которые располагаются стереотипическим образом вдоль dorsal-ventral (DV) оси нервной трубки. Давно известно, что паттерн генерации нейронов управляется сигналами, исходящими от вентральной пластинки нервной трубки, популяции клеток, располагающихся по вентральной срединной линии, и хорды (reviewed in Placzek et al, 1991). В нескольких лаб. были клонированы гомологи гена Hedgehog дрозофилы, которые кодируют сигнальные белки (Echelard et al, 1993; Krauss et al, 1993; Riddle et al, 1993; Chang et al, 1994; Roelink et al, 1994). Один из них, Sonic Hedgehog (Shh), экспрессируется в хорде и вентральной пластинке нервной трубки и обеспечивает DV полярность вентральнрой части нервной трубки (Figure 1B). Более того, было установлено, что Shh формирует паттерн нервной трубки концентрационно-зависимым способом, характерным для морфогена (Marti et al, 1995; Roelink et al, 1995).
Идея, что Shh необходим для правильного формирования MNs и др. вентральных субтипов нейронров, подтверждена в исследованиях потери функции (Chiang et al, 1996; Ericson et al, 1996). Полученные нами результаты показали, что разные концентрации белка Shh индуцируют различные субтипы нейронов, характерные для вентральной части нервной трубки (Ericson et al, 1997a, 1997b). Обнаруживается хорошая корреляция между концентрацией Shh, необходимой для индукции каждого из субтипов нейронов и их позицией возникновения in vivo (Figure 1B). Таким образом, индукция нейронов, генерируемых в наиболее вентральных регионах нервной трубки, нуждается соотв. в наиболее высоких концентрациях Shh. Затем идут концентрации Shh достаточные для индукции вентральных интернейронов и MNs в нервной ткани. Эти эксперименты подтвердили идею , что Shh функционирует как морфоген в клетках вентральной части нервной трубки, экспозируемый как ventralHIGH-dorsalLOW градиент Shh, исходящий из вентрально расположенных хорды и донной пластинки нервной трубки.
Серия исследований проведенных в последние годы показала, что группа транскрипционных факторов, преимущественно гомеодоменовых белков, является важным промежуточным звеном в этом процессе (Ericson et al, 1997a, Briscoe et al, 1999, 2000; Sander et al, 2000; Novitch et al, 2001; Vallstedt et al, 2001). Эти транскрипционные факторы обнаруживают разные паттерны экспрессии вдоль DV оси нервной трубки (Figure 2). На базе способа их регуляции c помощью передачи сигналов Shh мы подразделили их на две группы, наз. class I и II белки. Пороговые реакции белков на градированную передачу сигналов Shh определены с использованием культур эксплантов эмбрионов кур. Они предоставили доказательства, что экспрессия каждого класса белков class I репрессируется при разных порогах активности Shh. Соотв. их их вентральные границы экспрессии детерминируются c помощью передачи сигналов Shh. Напротив, экспрессия белков класса II зависит от передачи сигналов Shh так, что предопределяются их дорсальные границы экспрессии. Комбинированные профили экспрессии обоих классов белков предопределяет 5 доменов предшественников внутри вентральной части нервной трубки, каждый из которых детерминирует разные субтипы нейронов. Т.о., профиль экспрессии гомеодоменового белка, по-видимому, соответствует транскрипционному коду, который предопределяет позиционные качественные особенности предшественников, которые служат прообразом нейрональных субтипов, генерируемых каждым доменом. Figure 2 : Graded Shh signalling acts by controlling the expression of a set of transcription factors in neural progenitors. (A) Shh signalling results in the repression of class I proteins such as Pax6 and Dbx2 and is required for the activation of class II proteins such as Nkx2.2 and Nkx6.1. Selective cross-repressive interactions between pairs of class I and II proteins generate discrete switches in gene expression. The combinatorial expression of class I and II proteins defines five domains of progenitors in the ventral neural tube. These progenitor domains are arrayed along the dorsal-ventral axis and each domain generates one of the distinct neuronal subtypes characteristic of the ventral neural tube. (B) The expression profile of the transcription factors Pax7, Pax6, Olig2 and Nkx6.1 represent examples of the spatially restricted expression patterns that delineate distinct progenitor domains in the neural tube. View full figure (203 KB)
Идея, что код из транскрипционных факторов у предшественников детерминирует судьбы дифференцированных постмитотических нейронов подтверждена экспериментами с избыточной и потерянной функцией, на эмбрионоах мышей и кур (Ericson et al, 1997a, 1997b; Briscoe et al, 1999, 2000; Sander et al, 2000; Vallstedt et al, 2001). Принудительная экспрессия класса I или II белка в нервной трубке меняет позицию, на которой генерируются индивидуальные субтипы нейронов, способом, предсказываемым c помощью профиля нормальной экспрессии белков классов I и II. Напротив, целенаправленная инактивация у мышей индивидуальных транскрипционных факторов предшественников приводит к предсказуемым сдвигам в судьбах нейронов.
Эти эксперименты также установили присутствие избирательных перекресно-репрессивных взаимодействий между парами белков из классов I и II, экспрессирующихся в соседних доменах предшественников (Figure 2A). Впервые это стало очевидным для класса II белка Nkx2.2 и для класса I белка Pax6 (Ericson et al, 1997a, 1997b; Briscoe et al, 2000). Наблюдалось, что Nkx2.2 расширяет свою экспрессию дорсально у эмбрионов с отсутвтвием Pax6. Это указывает на то, как система может оперировать, дальнейшие эксперименты с избыточностью функции показали взаимную перекрестную репрессию между Pax6 и Nkx2.2. Впоследствии сходные наблюдения были сделаны и для др. пар белков классов I и II (Briscoe et al, 2000; Vallstedt et al, 2001). Итак, полученные данные показали, что перекрестная репрессия между парами белков классов I и II устанавливает DV границы генной экспрессии, предопределяя тем самым позиции, в которых разные субтипы нейронов генерируются. Перекрестно-репрессивнрые взаимодействия также предоставляют правдоподобное объяснение подобным переключению реакциям генов на градиент Shh. Такой механизм объясняет превращение градиентного сигнала по типу всё или ничего изменение генной экспрессии, он существенен для функции морфогена. Более того, принцип перекрестно-репрессивных взаимодействий, наблюдаемый в нервной трубке, напоминает механизмы, используемые в др. развивающихся тканях, таких как формирование передне-заднего паттерна у эмбрионров Drosophila (Small and Levine, 1991).

Patching a direct link


Хотя способность Shh индуцировать удаленные субтипы нейронов концентрационно-зависимым способом подтверждает, что Shh действует непосредственно в дальних пределах, чтобы контролировать генную экспрессию, но нет непосредственных наблюдений in vivo градиента белка Shh. Возможно потому, что Shh осуществляет свой дально-действующий эффект путем индукции помежуточного сигнала, чтобы распространить позиционную информацию по нервной трубке. В лаб. Jessell показали в серии изящных генетических экспериментов на Drosophila,, что Patched (Ptc) является рецептором для Hh и что связывание Hh с Ptc ограничивает перемещение Hh по ткани (Chen and Struhl, 1996). Они продолжали конструировать мутантные формы Ptc, которые действовали как доминантные ингибиторы передачи сигналов как у Drosophila так и позвоночных. Мозаичная экспрессия версии позвоночной мутантной Ptc конструкции в нервной трубке ингибировала передачу сигналов в трансфицированных клетках и приводила к подавлению клеточных типов, обычно обнаруживаемых в вентральной части нервной трубки (Briscoe et al, 2001). Это указывало на то, что Shh действует непосредственно в широких пределах, чтобы контролировать генную экспрессию и клеточные судьбы в нервной трубке. Более того, мною было отмечено, что блокада передачи сигналов приводит к более дорсальному позиционированию клеток, реагирующих так, как если бы они подверглись действию высоких концентраций Shh. Это указывало на то, что подобно с Hh у Drosophila, механизм обратной связи ограничивает распространение Shh в нервной трубке; соотв. блокирование передачи сигналов увеличивает пределы действия Shh. э о заключение было в дальнейшем подтверждено в работе из лаб. Andrew McMahon's, включая недавнюю прямую демонстрацию градиента Shh в нервной трубке (Gritli-Linde et al, 2001; Jeong and McMahon, 2005; Chamberlain et al, 2008). В целом исследования строго свидетельствуют в пользу модели передачи сигнала и указывают на то, что Shh действует на расстоянии в нервной трубке. Вместе с доказательством его зависимой от концентрации активности это подтверждает, что передача сигналов Shh в нервной трубке удовлетворяет строгому определению морфогена.
Эти исследования установили градированную передачу сигналов Shh в нервной трубке. Это вызывает вопрос, как клетки передают информацию о внешней концентрации Shh посредством пути передачи сигналов, чтобы регулировать дифференциальную экспрессию генов в ядре. Это вопрос 'information processing' несмотря на некоторые интересные и успешные второстепенные находки всё ещё остается основным занятием моей лаб.

The Gli-tzy ways of Shh signalling


Мы сфокусировались на вопросе, как градированная информация от передачи сигналов Shh воспринимается и передается чувствительным клеткам. Внутриклеточная передача сигналов от Shh зависит от двух трансмембранных белков: Ptc1, уже упоминавшегося, рецептора, который соединяется с Hh белками, и Smoothened (Smo), который ответственен за трансдукцию сигналов Hh внутри клетки (for reviews, see Ingham and McMahon, 2001; Varjosalo and Taipale, 2008). В отсутствие Shh, Ptc1 ингибирует активность Smo, а связь Shh с Ptc1 освобождает от этого ингибирования и делает возможной внутриклеточную передачу сигнала. Точный механизм передачи сигнала ниже Smo остается неясным и чрезвычайно интересен Однако доказательства указывают на то, что передача сигнала связана с регуляцией семейства транскрипционных эффекторов, содержащих цинковые пальчики (Gli1, 2 и 3). Все три гена Gli экспрессируются в нервной трубке и проводится несколько исследований, чтобы проверить их функции в формировании паттерна нервной трубки (Jacob and Briscoe, 2003; Ruiz i Altaba et al, 2003). Michael Matise в Alex Joyner's лаб. показал, что целенаправленная делеция Gli2 у эмбрионов мышей(Matise et al, 1998) ведет к неспособности генерации вентральной пластинки нервной трубки и соседнего домена предшественников V3 нейронов: т.е. типов клеток, индуцируемых самими высокими концентрациями Shh. Одновременно с потерей этого типа клеток, обнаруживается вентральная экспансия в продукции соседних MNs, тогда как классы нейронов, расположенные дорсальнее MNs оставались неизменными. Компаундные мутанты с отсутствием Gli1 и Gli2 обнаруживают более тяжелые дефекты, чем мутанты Gli2-/- (Park et al, 2000); однако эти эмбрионы всё ещё продуцируют MNs и интернейроны дорсальнее MNs. то указывает на то, что Gli2, с частично перекрывающиеся помощью от Gli1, необходим для спецификации клеточных типов,которые нуждаются в наивысших уровнях передачи сигналов Shh. Однако остается открытым вопрос относительно роли Gli3 и может ли активность Gli участвовать в контроле всех реакций на Shh.
Despina Stamataki вместе с Johan Ericson тестировал участие активности Gli и функции Gli3 в формировании нервного паттерна, используя укороченную версию Gli3, которая лишена доменов активации транскрипции, но сохраняет свою ингибирующую функцию, чтобы блокировать активацию транскрипции всех Gli в нервной трубке эмбрионов кур. Подобно результатам с мутантной конструкцией Ptc1, которая ингибировала передачу сигналов, укороченный Gli3 вызывал вентрально-дорсальный сдвиг в качественных характеристиках клеток предшественников и одновременно неспособность генерировать MNs и вентральные интернейроны (Persson et al, 2002; Meyer and Roelink, 2003). Это подтвердило чрезвычайную важность активности Gli в обеспечении позиционной информацией клеток, отвечающих на градиентную передачу сигналов Shh. Gli3 , по-видимому,функционирует прежде всего как ингибитор передачи сигналов Shh в нервной трубке. Подтверждением этой идеи является то, что в отсутствие Gli3, домены предшественников, расположенные в промежуточной области нервной трубки, распространяются дорсально, одновременно со сдвигом в качественных характеристиках нейронов, генерируемых в этой области. Этот фенотип исправляется у мышей, несущих целенаправленно измененный аллель Gli3, полученный в лаб. Uli Ruther's. Этот аллель кодирует только укороченную изоформу Gli3 (Bo"se et al, 2002), эквивалентную протеолитически измененному Gli3. Более того, устранение функции Gli3 у Shh-/- эмбрионов частично восстанавливает экспрессию некоторых транскрипционных факторов вентральных предшественников, которые обычно теряются у мутантных Shh эмбрионов (Litingtung and Chiang, 2000). Это подтверждает идею, что лишь репрессирующая активность Gli3 необходима в нервной трубке.
Хотя вентральные типы клеток генерируются у двойных мутантов Shh;Gli3 формирование паттерна в чем-то нарушено, в особенности строгая DV организация характеристик нормальной нервной трубки, что менее очевидно (Litingtung and Chiang, 2000). Это подтверждает две вещи. Во-первых, индукция наиболее вентральных типов клеток происходит в отсутствие передачи сигналов Shh до тех пор, пока устранена репрессивная активность Gli3 Во-вторых, др. внешние сигналы могут предоставлять позиционную информацию, хотя и менее аккуратно, в вентральную часть нервной трубки, когда передача сигналов Shh устранена. Т.о., без транскрипционного пускового сигнала от Gli белков клетки лишены позиционной информации, предоставляемой передачей сигналов Shh, несмотря на это перекрестно=репрессивные взаимодействия между транскрипционными факторами предшественников остаются. Следовательно, внутри индивидуальных предшественников стохастические отклонения или др. внешние сигналы могут детерминировать генную экспрессию. В этой ситуации стохастические отклонения или проявление др. внешних сигналов являются способом, c помощью которого соседние клетки могут воспринимать разные позиционные качественные значения, приводящие к существованию в нервной трубке перемешанных клеточных характеристик. В этом контексте интересно отметить, что передача сигналов BMP, которая исходит от дорсального полюса нервной трубки влияет на реакцию предшественников в вентральной части нервной трубки на Shh. Обработка эксплантов нервной пластинки фиксированными концентрациями Shh в BMPs приводит к вентрально-дорсальному сдвигу в предшественниках и в качествернных характеристиках субтипов нейронов (Liem et al, 2000). Напроив, белки, ингибирующие BMP, вентрализуют реакцию клеток нервной пластинки на набор концентраций Shh (Liem et al, 2000). Передача сигналов BMP следовательно, может участвовать в установлении DV паттерна может оказывать существенное влияние нагенную экспрессию у Shh;Gli3 двойных мутантных мышей.
Заключение, что Gli белки действуют ниже Shh, чтобы контролировать формирование вентрального паттерна посредством регуляции транскрипции генов мишеней, ведет к привлекательной модели, объясняющей активность морфогена Shh. В этой модели градированная передача сигналов Shh индуцирует градиент активности Gli путем всё большего ингибирования Gli репрессорной активности и усиления Gli активаторной функции (Jacob and Briscoe, 2003). Чтобы протестировать эту модель Despina вместе с Fausto Ulloa плучили серию доминантно активных Gli конструкций, каждая продуцировала разные уровни транскрипционной активности. В согласии с моделью эксперименты с избыточной функцией с этими конструкциями подтвердили, что прогрессивные изменения в уровне активности Gli оказались достаточными, чтобы соперничать с паттерн-формирующей активностью градированной передачи сигналов Shh (Stamataki et al, 2005). Это указывает на то, что во время развития нервной трубки продуцируется градиент транскрипционной активности Gli, который зеркально отражает градиент передачи сигналов Shh. Т.о., уровень активности Gli, продуцируемый в чувствительных клетках, д. быть пропорциональным концентрации Shh, которая на них воздействует.
В этой модели 2-3-х кратные различия во внеклеточной концентрации Shh достаточны, чтобы переключить профиль генной экспрессии, они преобразуются в сходные малые различия в уровне активности Gli. Это предполагает, что небольшие, если вообще, происходят амплификации сигнала во время сигнальной трансдукции. Анализ др. морфогенов сигнальных путей (Shimizu and Gurdon, 1999; Stathopoulos and Levine, 2002) привел к сходному заключению. Напр., в серии элегантных исследований John Gurdon с коллегами, изучавшими индукцию c помощью Activin во время спецификации мезодермы пришли к заключению, что трехкратные различия в абсолютном количестве рецепторов, оккупируемых Activin обеспечивают трехкратнрые различия в уровне транскрипции SMAD2 в ядре и этого достаточно, чтобы сделать возможным выбор между индукцией двух генов, Xbra и Xgsc (Dyson and Gurdon, 1998; Shimizu and Gurdon, 1999). Т.о., очевидо, что общим свойством морфогенов является то, что различия в силе сигнала непосредственно транслируются без амплификации в ядро. Этот механизм контрастирует с типом стратегии сигнальной трансдукции, напр., с использованием киназных каскадов, которые амплифицируют сигнал во время внутриклеточной передачи приводя к существенным нижестоящим различиям в сигнале.

Taking some time


Модель безусловно упрощена. на игнорирует динамическую природу реакции клеток на передачу сигналов Shh. Это подчеркивается исследованиями передачи сигналов Shh в развивающихся конечностях, показавшими что продолжительность передачи сигналов Shh помимо концентрации Shh, влияет на формирование паттерна (Ahn and Joyner, 2004; Harfe et al, 2004). Eric Dessaud оценивал влияние продолжительности на интерпретацию передаваемых сигналов Shh в нервной трубке. Он снова обратился к технике использования эксплантов нативной нервной ткани , чтобы ответить, как развивается реакция клеток на Shh во времени (Dessaud et al, 2007). Он установил, что индукция одного из транскрипционных факторов предшественников Nkx2.2, который нуждается в более высоких концентрациях Shh, чем в предшественниках MN маркер Olig2, он нуждается и в более продолжительной индукции, чем Olig2. Более того, концентрации Shh, которые индуцируют Nkx2.2, вызывают временную экспрессию Olig2. Эта in vitro реакция на Shh была параллельной таковой in vivo благодаря последовательному началу экспрессии Olig2 и Nkx2.2.
Чтобы исследовать причину такой временной зависимости реакции Eric анализировал исходы пути сигнальной трансдукции Shh путем подгонки метода репортеров для активности Gli в эксплантах, полученных Fausto Ulloa. Это позволило ему измерить уровни активности Gli, индуцируемые определенными концентрациями Shh в специфическое время (Figure 3A). Результаты этих экспериментов показали, что чувствительность клеток к передаче сигналов Shh прогрессивно снижается. Клетки сначала появляются как очень чувствительные к воздействию лиганда. В результате низкие концентрации Shh были достаточны, чтобы продуцировать высокие уровни активности Gli. С увеличением времени клетки становятся десенсибилизированными к сигналам Shh ; поэтому необходимо, чтобы концентрации Shh обязательно достигали наивысших уровней, чтобы обеспечить повышенную активность Gli. Как результат разные концентрации Shh генерируют внутриклеточный сигнал для разных периодов времени, так что продолжительность передачи сигналов пропорциональна концентрации Shh. Эти результаты привели нас к предположению, что механизм 'temporal adaptation' трансформирует внеклеточные концентрации морфогена Shh в ограниченные временем периоды сигнальной трансдукции, так что продолжительность передачи сигналов оказывается пропорциональной концентрации лиганда(Dessaud et al, 2007, 2008). Figure 3. Figure 3 : A temporal adaptation mechanism interprets graded Shh signalling. (A) Cells exposed to a high concentration of Shh ([Shh]H) sustain high levels of Gli activity for a prolonged period of time and induce Nkx2.2. By contrast, although exposure to a lower concentration of Shh ([Shh]L) is initially able to induce high levels of Gli activity, these levels are not maintained and the cells express Olig2. The decrease in Gli activity indicates that cells adapt to the concentration of Shh over time. (B) Upregulation of Ptc1, and possibly other negative regulators of the pathway such as Hhip1, contributes to the gradual adaptation of cells to ongoing exposure to Shh. Initially (t=tau) the level of Ptc1 is low, thus even a low concentration of Shh is sufficient to bind the available Ptc1 and initiate high levels of signalling. The transcriptional upregulation of Ptc1 by Shh signalling results in the gradual accumulation of Ptc1 protein in responding cells (t=tau+1). If the cells are exposed to a high concentration of Shh, sufficient ligand will be available to bind the induced Ptc1; signal transduction will therefore be maintained. By contrast, in cells exposed to low concentration of Shh, unliganded Ptc1 will begin to build up; this will inhibit signal transduction. View full figure (239 KB)
Эти результаты ставят вопрос, как клетки превращают внеклеточные концентрации в пропорциональные периоды сигнальной трансдукции. Счастливым образом функция Ptc1 представляет объяснение постепенной десенсибилизации клеток с началом передачи сигналов Shh (Figure 3B). Ptc1, будучи рецептором и негативным регулятором Shh пути, является транскрипционной мишенью белков Gli (Goodrich et al, 1996; Marigo and Tabin, 1996). В ответ на передачу сигналов Shh клетки неуклонно активируют Ptc1, как и др. ингибиторы передачи сигналов Shh, запуская петлю негативной связи по отнрошению к пути. Это означает, что повышенные концентрации Shh необходимы, чтобы блокировать ингибирующую активность накапливающегося Ptc1. В соответствии с этим ингибирование Ptc1 c помощью siRNAs приводит к тому, что низкие концентрации Shh оказываются достаточными для индукции экспрессии маркеров, обычно ассоциирующих только с высокими концентрациями лиганда (Dessaud et al, 2007). Это указывает на критическую клеточно автономную роль Ptc1 в интерпретации градированной передачи сигналов Shh, дополняя предыдущие исследования, показавшие, что роль Ptc1 заключается в контроле за распределением лиганда (Chen and Struhl, 1996; Jeong and McMahon, 2005).
Эти данные оказались очень сходными с механизмом бактериального хемотаксиса (Wadhams and Armitage, 2004). Хемотаксис также базируется на негативной петле обратной связи, которая контролирует продолжительность внутриклеточной передачи сигналов, чтобы воспринимать внешний градиент. В самом деле, постепенная адаптация клеток к внеклеточным сигналам , как полагают, позволяет воспринимать и преобразовывать концентрационные пределы сигналов в разные ситуации (Matthews and Reisert, 2003). Преобразование концентраций лиганда в соотв. продолжительность внутриклеточной передачи сигналов предлагает альтернативу установленным механизмам передачи сигналов морфогена: механизм, который очень сходен с гипотезой 'sequential cell context', предложенной Pages and Kerridge (2000). Более того, адаптационный механизм объясняет, почему и количество и продолжительность экспозиции Shh важны для клеточной реакции. Это может быть приложимо и к др. тканям, таким как зачатки конечностей, формирование паттерна которых также зависит от времени и концентрации передаваемых сигналов Shh (Harfe et al, 2004). Это кажется вполне приемлемым, что эволюция выбирает сравнимые стратегии для измерения концентраций внешних факторов в очень разных ситуациях и для очень разных целей.
Модель вместе с исследованиями др. систем указывает на то,что традиционное определение морфогена нуждается в пересмотре. В узкой интерпретации French Flag Model, чувствительные клетки ткани считаются пассивными реципиентами позиционной информации, предоставляемой градированными сигналами (Jaeger and Reinitz, 2006; Jaeger et al, 2008). это не согласуется со случаем передачи сигналов Shh в нервной трубке. Реакция клеток на передачу сигналов Shh , по-видимому, позитивная регуляция Ptc1, является фундаментальной по отношению к генерации реакций на морфоген. Кроме того регуляторные взаимодействия между транскрипционными факторами, которые транскрипционно контролируются c помощью Shh в предшественниках, являются важными для генерации соотв. паттерна нейрогенеза в нервной трубке. Это подтверждает мнение, что позиционная информация в вентральной части нервной трубки является частично как внезапно возникшее свойство, которое базируется как на градиенте лиганда, так и на реакции клеток мишеней. Итак, сигнал и ткань сотрудничают, чтобы продуцировать морфоген. Экспериментальные находки для др. морфогенов и тканей также ведут к модификациям и выработке конвенционного определения морфогена (Jaeger and Reinitz, 2006, Jaeger et al, 2008).
Модель также ставит дополнительные вопросы. Каковы относительные вклады продолжительности и уровня передачи сигналов Shh-Gli для спецификации каждого из доменов предшественников, которые зависят от передачи сигналов Shh? Каковы соотв. геномные мишени для передачи сигналов Shh и каковы разные продолжительности или количества активностей Gliгенную экспрессию? Каковы молекулярные механизмы, которые соединяют и регулируют чувствительные гены в предшественниках? Какие чувствительные гены специфицируют качественные особенности субтипов нейронов? Какие пределы экспериментальных подходов - генетических, молекулярных, imaging и модельных - будут необходимы. В частности, данные подчеркивают важность методов, которые делают возможными измерения активности ключевых компонентов сигнальных путей и методы, которые манипулируют с продолжительностью активности этих компонентов. Помимо формирования DV паттерна передача сигналов Shh также влияет на др. свойства нервных клеток, такие как жизнеспособность и пролиферация. Как Shh достигает этого и как рост и формирование паттерна нервной трубки интегрированы, изучено плохо. Однако реагенты и техника, доступные сегодня, д. позволить решить этот вопрос. Наконец, как это связано с др. сигнальными путями? Некоторые секретируемые др. молекулы важны для формирования паттерна нервной трубки и они, по-видимому, в значительной степени обеспечивают взаимодействие между путями, в которых активированы. В большинстве случаев детали механизмов и вклады их в нейральное развитие ещё предстоит определить. Насколько механизм временной адаптации, выявленный здесь, имеет отношение и к др. градированным сигналам, или насколько интерпретация разных морфогенов базируется на самостоятельных стратегиях?
Сайт создан в системе uCoz