Посещений:
НЕЙРОГЕНЕЗ: КОХЛЕО-ВЕСТИБУЛЯРНЫЙ ГАНГЛИЙ

Роль Канонической передачи сигналов WNT

Canonical Wnt Signaling Modulates Tbx1, Eya1, and Six1 Expression, Restricting Neurogenesis in the Otic Vesicle
Laina Freyer and Bernice E. Morrow
Developmental Dynamics 239:1708-1722, 2010.

To understand the mechanism by which canonical Wnt signaling sets boundaries for pattern formation in the otic vesicle (OV), we examined Tbx1 and Eya1-Six1 downstream of activated (β-catenin. Tbx1, the gene for velo-cardio-facial syndrome/DiGeorge syndrome (VCFS/DGS), is essential for inner ear development where it promotes Bmp4 and Otxl expression and restricts neurogenesis. Using floxed β-catenin gain-of-function (GOF) and loss-of-function (LOF) alleles, we found Tbx1 expression was down-regulated and maintained/enhanced in the two mouse mutants, respectively. Btnp4 was ectopically expressed and Otx1 was lost in β-catenin GOF mutants. Normally, inactivation of Tbx1 causes expanded neurogenesis, but expression of NeuroD was down-regulated in p-catenin GOF mutants. To explain this paradox, Eyal and Sixl, genes for branchio-oto-renal (BOR) syndrome were down-regulated in the OV of P-catenin GOF mutants independently of Tbx1. Overall, this work helps explain the mechanism by which Wnt signaling modulates transcription factors required for neurogenesis and patterning of the OV.

Внутреннее ухо млекопитающих чрезвычайно сложная система, состоящая из 6 сенсорных органов. Вестибулярная система располагается в дорсальной половине внутреннего уха и необходима для собственно баланса. Она представлена тремя полукружными каналами, ассоциированными с ними сенсорными гребешками, а также utricle и saccule, содержащими сенсорные макулы (maculae). Шестой и наиболее сложный сенсорный орган это кортиев орган, находящийся в улитке. Спирализованная улитка располагается в вентральной части внутреннего уха и ответственна за слух. Все сенсорные органы внутреннего уха иннервируются cochleovestibular ganglion (CVG).
Внутреннее ухо и CVG образуются из области утолщенного эпителия на поверхности эмбриона. наз. слуховой плакодой. Слуховая плакода инвагинирует, чтобы сформировать отический бокал, а затем otic vesicle (OV). Будучи индуцированным с помощью членов путей fibroblast growth factors, Wnts и Notch, развивающийся OV экспрессирует молекулярные маркёры, которые приблизительно предопределяют три оси: anteroposterior (AP), dorsoventral (DV) и mediolateral (ML) (reviewed in Bok et al., 2007). Ось AP идентифицируется, как совпадающая с экспрессией нейросенсорных маркёров, как первая ступень морфогенеза внутреннего уха. Нейробласты, расположенные в anteroventral области отического бокала и позднее OV, отсоединяются от отического эпителия, чтобы сформировать CVG. Пронеральный ген Neurogenin 1 (Ngn1) является членом семейства basic helix-loop-helix (bHLH) транскрипционных факторов и экспрессируется в клетках, как с нейральной, так и сенсорной судьбой, тем самым давая нейроны, а также будущие волосковые и поддерживающие клетки сенсорного эпителия (Ma et al., 2000, Raft et al., 2007). Др. ген bHLH транскрипционного фактора, NeuroD, действует ниже Ngn1 и экспрессируется в нейробластах, когда они начинают отсоединяться (Raft et al., 2007). Генетические исследования показали, что Ngn1 и NeuroD оба необходимы для нейрогенеза (Ma et al., 1998; Fritzsch, 2003). Оппозитная к нейрогенной области является задняя часть OV, где экспрессируется Tbx1. Tbx1 кодирует T-box транскрипционный фактор, необходимый для развития внутреннего уха (Vitelli and Baldini, 2003; Raft et al., 2004). Гаплонедостаточность по TBX1 ответственна за этиологию врожденной аномалии у человека, наз. velo-cardio-facial syndrome/DiGeorge syndrome (VCFS/ DGS; MIM # 92430/188400). Большинство VCFS/DGS пациентов теряют слух в основном из-за звукопроводящих нарушений, приводя к chronic otitis media, тогда как 10% обнаруживают нейросенсорную потерю слуха (Vantrappen et al., 1998, 2003; Reyes et al., 1999; Ford et al., 2000). Инактивация Tbx1 у мышей даёт в результате более маленький OV и гипопластичное внутреннее ухо, лишенное как улитки, так и вестибулярной системы (Vitelli and Baldini, 2003; Raft et al., 2004; Moraes et al., 2005). В противовес этому гены, регулирующие нейрогенный домен, удваиваются приводя в результате к увеличенному CVG рудименту (Raft et al., 2004). Tbx1 необходим для предупреждения потери сенсорных клеток в OV (Vitelli and Baldini, 2003, Xu et al., 2007) и репрессирует нейрогенез (Raft et al., 2004). Домен экспрессии Tbx1 является динамическим и комплементарным по отношению к Ngn1 и NeuroD, и действует, чтобы определить AP ось в OV.
DV ось формируется второй и возникает как результат сигналов от окружающих тканей (Bok et al., 2005). У мыши DV ось детерминируется с помощью путей сигнальных морфогенов, таких как Wnt и Sonic hedgehog (Shh). Каноническая передача сигналов Wnt от дорсальной части нервной трубки в область будущего заднего мозга активирует β-catenin в OV и необходима для спецификации дорсальной части OV, которая д. сформировать вестибулярную систему (Riccomagno et al., 2005; Bok et al., 2005). Shh, испускаемый вентральной пластинкой нервной трубки и хордой необходим для спецификации вентральной части OV, которая д. сформировать улитку (Riccomagno et al., 2002). Если каноническая передача сигналов Wnt активирована постоянно в эктодерме вблизи будущей отической плакоды, то это способствует приобретению отической судьбы, приводя к расширению домена отической плакоды и увеличению OV (Ohyama et al., 2006). Кроме того, форсированная активация передачи сигналов Wnt в отический бокал вызывает экспансию дорсальных OV маркёров, таких как Dlx5 и Gbx2 в увеличенном OV (Riccomagno et al., 2005). Антагонизм между путями передачи сигналов Wnt и Shh в OV действует, чтобы специфицировать DV границу, скорее всего с помощью др. сигнальных молекул (Riccomagno et al., 2002, 2005).
Возможно, что гены, необходимые для формирования DV оси могут модулировать или ограничивать экспрессию генов, необходимых для др. осей, поскольку многие гены не экспрессируются простым способом. Напр., Wnt и Shh действуют как DV сигналы, которые сходятся на медиальной стенке OV, тогда как Tbx1 экспрессируется комплементарным способом на латеральной стенке. Wnt и Shh могут помогать предопределять сложные границы экспрессии Tbx1 в OV, а Tbx1, в свою очередь, регулирует экспрессию нижестоящих генов. Однако экспрессияTbx1 в OV не нарушается у мутантных эмбрионов мыши с потерей или избыточной функцией Shh (Riccomagno et al., 2002).
В ответ на передачу сигналов Wnt , (β-catenin остается нефосфорилированным и переносится в ядро, чтобы регулировать транскрипцию нижестоящих генов. Ядерный β-catenin активирует транскрипцию генов мишеней посредством связывания TCF/LEF транскрипционных факторов. Репортер, содержащий TCF/LEF сайты, наз. TOPGAL, был использован в качестве индикатора канонической передачи сигналов Wnt в OV (Riccomagno et al., 2005). Активность TOGPAL в ответ на передачу сигналов Wnt начинается в тесной близи к нервной трубке, в дорсо-медиальной области отического бокала и затем распространяется на всю дорсальную область OV и по ту сторону (Riccomagno et al., 2005). Предыдущее исследование показало, что Tbx1 мРНК отсутствует у мутантных эмбрионов, у которых β-catenin был постоянно активен в OV, используя Pax2-Cre аллель, чтобы управлять рекомбинацией. Существуют две возможные гипотезы, объясняющие это. Первая, что изменения в экспрессии Tbx1 являются результатом ранней дорсализации OV и сопутствующей потери клеток вентральной части OV (Ohyama et al" 2006). Согласно второй потеря экспрессии обусловлена специфической регуляцией с помощью канонической передачи сигналов Wnt.
В данной работе получены доказательства в пользу второй гипотезы. Мы показали, что белок Tbx1 имеет раннюю перекрывающуюся экспрессию с β-catenin в ОV и постепенно он ограничивается комплементарным способом по отношению к активированному β-catenin. В подтверждение этой гипотезы мы нашли, что постоянная активность и потеря β-catenin приводит к потере или расширению экспрессии Tbx1, соотв., используя другие Cre драйверы по сравнении с использованными в предыдущих исследованиях. Использование Foxg1-Cre аллеля демонстрирует генетически, что β-catenin действует непосредственно, ограничивая границы экспрессии в OV. Ранее было показано, что постоянно активный β-catenin в презумптивной отической плакоде приводит к потере экспрессии Ngn1, NeuroD и Lunatic Fringe (Lfng) и к неспособности формировать нейробласты CVG (Ohyama et al., 2006). Инактивация Tbx1 ведет к дупликации CVG рудимента (Raft et al., 2004). Чтобы объяснить, почему нейрогенез уменьшается и не увеличивается, когда Tbx1 инактивирован у β-catenin GOF мутантов, мы исследовали экспрессию Eye1 и Six1. Ген Eya1 кодирует транскрипционный ко-активатор, который действует вместе с Six1 в вентральной части OV, чтобы способствовать нейрогенезу (Zou et al., 2004). Мутации обоих генов ответственны за генетический синдром у человека, наз. branchio-oto-renal (BOR) синдром (MIM 113650). И Eya1 и Six1 подавляются у β-catenin GOF мутантов, подтверждая тем самым модель пути, в котором независимо от Tbx1, β-catenin репрессирует путь Eya1-Six1 до начала нейрогенеза. Это предоставляет дальнейшую информацию о том, как множественные сигнальные пути могут модулировать домены сложной генетический экспрессии важных для болезней человека генов.
Сайт создан в системе uCoz