Клапаны сердца являются сложными структурами, которые позволяют сердцу контролировать кровообращение и давление динамически (Armstrong and Bischoff, [2004]). Дефекты формирования клапанов одни из наиболее распространенных причин дефектов сердца у человека. Только в США свыше 20,000 смертей в год приписывают болезням клапанов сердца, осуществляется около 99,000 хирургических вмешательств на клапанах (Rosamond et al., [2007]). Болезни клапанов становятся серьёзной проблемой (Nkomo et al., [2006]).
Развитие кардиальных клапанов происходит вместе с начинающимися изменениями в кардиальной морфологии и после начала кардиальной функции. Примитивное сердце представляет собой трубку из кардиомиоцитов, выстланную изнутри слоем эндокардиальных клеток. Во время петлеобразования сердца, желатинозный матрикс, наз. кардиальный гель, секретируется, чтобы сформировать утолщения на уровнях atrioventricular (AV) соединения и тракта оттока. Лежащие поверх эндотелиальные клетки затем активируются и подвергаются эпителиально-мезенхимному переходу и миграции в кардиальный гель. Экспансия клеток и матрикса в кардиальном геле в конечном итоге дает эндокардиальные подушки, из которых происходят кардиальные клапаны (Butcher and Markwald, [2007]). Кардиальный гель сам по себе богат компонентами внеклеточного матрикса glycosaminoglycans и proteoglycans. Glycosaminoglycans (GAGs) длинные цепочки сульфатированных полимеров сахаров, они подразделяются на три основных класса: chondroitin sulfate (CS), heparan sulfate (HS) и hyaluronic acid (HA). Proteoglycans (PGs) являются результатом ковалентного присоединения GAGs к стержневым белкам. В то время как PG может рассматриваться как одиночная единица, во многих случаях стержневые белки обладают самостоятельными функциями, отличными от таковых GAGs (Rapraeger, [2001]).
Так и HS и HA участвуют в развитии сердца позвоночных (Yost, [1990]; Camenisch et al., [2000]; Yue et al., [2004]), то роль CS остается в основном не охарактеризованной. CS, как было показано, является компонентом клапанов сердца взрослого человека, хотя его роль в развитии клапанов остается неизвестной (Grande-Allen et al., [2004]). Versican, предполагаемый стержневой белок CS экспрессируется в развивающемся AV кольце, а его мутация у мышей ведет к потере эндокардиальных подушек и к отсутствию створок клапанов (Yamamura et al., [1997]; Mjaatvedt et al., [1998]). Однако неясно является ли нокаутный versican фенотип у мыши результатом потери функции важным стержневым белком или потери CS боковой цепи.
Сердца рыбок данио хотя и двухкамерные, подвергаются многим тем же самым онтогенетическим процессам, что и четырехкамерные сердца др. позвоночных. Сюда входит и образование примитивной сердечной трубки, петлеобразование и развитие AV клапанов (Stainier, [2002]; Hurlstone et al., [2003]; Bartman et al., [2004]; Chang et al., [2004]). Мутантные
jekyll рыбки данио несут мутацию в гене UDP-glucose dehydrogenase (
ugdh) и обнаруживают дефекты в развитии AV кольца (Walsh and Stainier, [2001]). Энзим UGDH необходим для генерации гликанов UDP-glucuronic acid и UDP-xylose (Perozich et al., [1995]), которые являются строительными блоками для GAGs.
DISCUSSION
CS PGs , как было показано ранее, регулирует некоторые разнообразные биологические процессы, включая развитие нейронов, воспаление, доставку лейкоцитов и регенерацию нейронов (Sugahara et al., [2003]). PGs состоят из стержневого белка и прикрепленного GAG. Интересно, что два предполагаемых CS белка экспрессируются в сердце позвоночных: versican и aggrecan (Zanin et al., [1999]). Versican нокаутные мыши обнаруживают дефекты эндокардиальных подушек и отсутствие створок AV клапанов (Yamamura et al., [1997]; Mjaatvedt et al., [1998]). Однако такие исследования не смогли отличить между эффектами, которые обусловлены потерей стержневого белка versican в противовес потере GAG CS. Более того, versican обладает многочисленными splice изоформами, некоторые из которых предположительно с сайтами прикрепления CS и, по крайней мере, одна без них (Rahmani et al., [2006]). Наши исследования специфически нацелены на GAG компонент PG(s) , чтобы выявить специфическую роль CS, независимую от стержневого белка, как необходимого компонента кардиального геля в процессе формирования AVC.
Локализация CS в кардиальном геле может предоставить информацию о механизме нарушения образования AVC. Этот межклеточный слой является критическим для миграции эндотелиальных клеток в формирующиеся эндокардиальные подушки. Согласно одной гипотезе отсутствие CS в кардиальном геле может ингибировать ступени эпителиально-мезенхимного перехода и тем самым приводить к дефектной спецификации AVC. В самом деле, наши данные подтвердили, что миграция клеток может быть нарушена, что демонстрируется по потере экспрессии spp1. Spp1, как известно, соединяется с рецептором клеточной поверхности CD44 во время клеточной миграции (Weber et al., [1996]; Katagiri et al., [1999]), а CD44 сам по себе, как известно, обладает как прикрепленной боковой цепью CS, также как и CS-связывающим мотивом (Jackson et al., [1995]; Sugahara et al., [2008]). Т.о., CS, CD44 и spp1 могут работать сообща в общем пути, чтобы регулировать миграцию клеток во время образования AVC.
Мы также установили, что деплеция CS ведет к потере экспрессии трех AVC маркеров: notch1b, versican и tbx2b. Наша гипотеза заключается в том, что CS обычно действует выше этих сигнальных путей и что отсутствие CS предупреждает их экспрессию. Интересно, что истощение CS вызывает экспансию экспрессии bmp4 в желудочке. Эти данные сходны с теми, полученными Rutenberg et al., которые наблюдали экспансию экспрессии bmp4 у рыбок данио, мутантных по hey2 (Rutenberg et al., [2006]). Hey2 транскрипционные репрессоры расположены ниже передачи сигналов Notch, и в отсутствии экспрессии notch1b у животных, истощенных по CS может приводить к подавлению репрессора hey2 и к последующей экспансии bmp4 в желудочке.
Паттерны экспрессии in situ, которые мы наблюдали у CS-нокдаун эмбрионов, и те, что описаны у мутантов jekyll не идентичны (Walsh and Stainier, [2001]). Эти различия могут быть обусловлены тем, что мутация jekyll д. приводить к потере HA и HS также как и CS. Каждый GAG, как известно, затрагивает множественные сигнальные пути, а комбинация нокдаунов всех трех может приводить к сложным или синергичным сигнальным эффектам (Esko and Selleck, [2002]; McDonald and Camenisch, [2003]; Sugahara et al., [2003]). Напротив, наш подход, был разработан для определения специфического вклада хондроитин сульфата в кардиальное развитие.
Наши результаты также подтвердили, что versican может быть не соответствующим стержневым белком CS во время формирования клапанов у рыбок данио. Так, и CS и versican обнаруживают сходные паттерны экспрессии до 48 hpf (Walsh and Stainier, [2001]), но CS отсутствует в сердце после 48 hpf, тогда как экспрессия мРНК versican персистирует вплоть до72 hpf (Lee et al., [2007]). Вместо этого aggrecan может быть соответствующим стержневым белком, т.к. он, как известно, имеет боковые цепочки CS, и также участвует в образовании клапанов позвоночных (Lincoln et al., [2006]; Shelton and Yutzey, [2007]). Роль aggrecan во время развития сердца ещё не охарактеризована у рыбок дано. Важно, что в данных экспериментах мы выделили роль CS боковой цепи, отличную от таковой для стержневого белка.
Наши результаты могут также предоставить информацию о механизмах болезней людей. Mitral valve prolapse является заболеванием, при котором сердечные клапаны обнаруживают серьёзные изменения в форме и ригидности клапанов. Эти клапаны обнаруживают увеличение CS, но неизвестно, являются ли эти изменения причиной (Grande-Allen et al., [2003]). Наши данные подтверждают потенциальную сигнальную роль CS во время развития AVC, а затем клапанов, а пертурбации с этими сигналами могут приводить к дефектами, наблюдаемым у человека с болезнью клапанов, такой как пролапс митрального клапана.
Всё увеличиваются случаи распознавания важности элементов внеклеточного матрикса в биологических процессах. Здесь мы описали, что истощение специфического GAG, т.е. CS, ведет к ранним и специфическим дефектам в формировании AVC. Более того, мы охарактеризовали кардиальный гель рыбок данио как богатую CS среду и показали, что отсутствие CS внутри геля ведет к нарушению маркеров ранней миграции эндотелиальных клеток. Наконец, мы показали, что хондроитин сульфат может действовать частично посредством сигнального пути bone morphogenetic protein. Эти наблюдения проливают свет на вновь установленную роль CS в развитии сердца и открывают новое направление исследований в биологии кардиального развития и болезней.
Сайт создан в системе
uCoz