Нарушения структцры кардиальных перегородок и клапанов объясняет большую пропорцию врожденных пороков сердца (congenital heart diseases (CHDs)), которые являются основной причиной болезненности и смертности детей, возникающей у 1% новорожденных (Hoffman, 1995: Hoffman and Kaplan, 2002; Clark et al., 2006; Onuzo, 2006). Развитие перегородок и клапанов в области атриовентрикулярного канала (atrioventricular canal (AVC)) инициируется с образование подушек за счет регионального расширения внеклеточного матрикса (ECM) как в вершнем, так и нижнем направлении на ст. ~E9.0 у эмбрионов мышей (Markwald et al., 1981; Eisenberg and Markwald, 1995). Вскоре после этого, с E9.5 по E10.5, группа эндокардиальных клеток в ответ на сигналы, испускаемые миокардом, подвергается эпителиально-мезенхимной трансформации (EMT) , чтобы мигрировать в ECM. Заполненные клетками AV подушки действуют как предшественники AV клапанов и перегородки, чтобы облегчать однонаправленный ток крови, и далее они созревают в окончательные клапанно-перегородчатые структуры в результате сложного процесса ремоделирования (de la Cruz et al., 2001; Barnett. and Desgrosel-lier, 2003; Schroeder et al., 2003; Armstrong and Bischoff, 2004; Gittenberger-de Groot et al., 2005; Person et al., 2005; Butcher and Markwald, 2007; Wagner and Siddiqui, 2007).

Действие передачи сигналов Bone Morphogenic Protein (BMP) во время развития AV подушек активно исследовалось в последнее время. Передача сигналов BMP трансдуцируется посредством гетеродимерных комплексов type I и type II serine/threonine киназных рецепторов (Hogan, 1996; von BubnofF and Cho, 2001; Kishigami and Mishina, 2005; Miyazono et al., 2010). После образования комплексов рецептор-лиганд на клеточной поверхности, типа II рецептор фосфорилирует типа I рецептор, который в свою очередь фосфорилирует BMP рецепторами активируемые Smads (R-Smads, включая Smad1, 5 и 8). Фосфорилированный (активированный) Smad 1/5/8 ассоциирует с Smad4, чтобы сформировать R-Smad/Smad4 комплекс, который транслоцируется в ядро, чтобы регулировать транскрип3ию генов мишеней. Помимо способствования Smad-обеспечиваемой транскрипции, BMP лиганды могут также трансдуцировать сигналы посредством "неканонических" киназных путей (de Caestecker, 2004: ten Dijke and Hill, 2004; Moustakas and Heldin, 2005).

Два гена BMP лигандов, Bmp2 и Bmp4, экспрессируются в миокарде AVC и необходимы для нормального формирования AV перегородок и клапанов. Истощение в миокарде Bmp2 вызывает дефекты спецификации миокарда AVC, сильно снижает отложение ECM в AV подушки, и обусловливает неспособность к целлюляризации подушек (Ma et al., 2005; Rivera-Feliciano and Tabin, 2006). В коллагеновой гель системе BMP2 может быть достаточным для замещения миокарда, чтобы стимулировать EMT эндокардиальными клетками (Sugi et al., 2004) и усилить миграцию мезенхимы (Inai et al., 2008), указывая тем самым, что BMP2, высвобождаемый миокардом, может непосредственно действовать на эндокардиальные и мезенхимные клетки в AV подушках. Инактивация в миокарде Bmp4 ведет к распространенными дефектам AV канала, фенокопированию кардиальных аномалий, обычно наблюдаемых у пациентов с синдромом Дауна (Jiao et al., 2003). Этот дефект обусловлен снижением пролиферации мезенхимных клеток подушек скорее, чем нарушением EMT (Jiao et al., 2003).

В дополнение к манипуляциям с уровнями Bmp2/4 лигандов, BMP репрессорные гены также были инактивированы в разных популяциях кардиальных клеток, чтобы выяснить роль передачи сигналов BMP в развитии сердца. Напр., пан-миокардиальная инактивация Alk3 (Bmpr1a), который кодирует BMP специфического типа I рецептор, ведет к гипоплазии AV подушек (Gaussin et al., 2002). Кроме того, специфическая инактивация Alk3 в AVC миокарде вызывает дефекты созревания AV клапанов (Gautschi et al., 2008). Более того, истощение Alk3 в эндотелии снижает образование мезенхимы подушек примерно до 20% от нормального уровня (Ma et al., 2005; Park et al., 2006; Rivera-Feliciano and Tabin, 2006; Song et al., 2007a). Инактивация в эндотелии Alk2, который кодирует type I рецептор, обеспечивающий передачу сигналов BMP и TGFβ (de Caestecker, 2004), снижает EMT в AV подушках (Wang et al., 2005).

Smad4 кодирует критический транскрипционный коактиватор BMP R-Smads. Кроме того, Smad4 взаимодействует с TGFβ R-Smads (включая Smad2 и 3) , чтобы коактивировать TGFβ нижестоящие гены мишени. Недавние исследования нашей группы и др. продемонстрировали, что Smad4 играет важную роль в регуляции развития сердечно-сосудистой системы, включая морфогенез стенки миокарда, развитие клеток кардиального нервного гребня и формирование сосудистой сети (Park et al., 2006; Jia et al., 2007; Ko et al., 2007; Lan et al., 2007; Qi et al., 2007; Song et al., 2007b; Nie et al., 2008). Тем не менее роль Smad4 во время развития AV подушек окончательно не установлена. Наше исследование выявило клеточно-автономную потребность в Smad4 в эндокардиальных клетках, чтобы обеспечить им нормальную целлюляризацию AV подушек.