У позвоночных кишечник формируется посредством законсервированной последовательности событий. Первым онтогенетическим промежуточным звеном является примитивная кишечная трубка. Она формируется из энтодермы путем сворачивания (folding) у млекопитающих и птиц (Montague et al., 1999) или канализации у костистых рыб (Ng et al.. 2005). Архитектура зрелой кишки затем строится в результате сложной серии событий, известной как endoderm-intestine transition (EIT). EIT характеризуется сложными клеточными процессами- морфогенезом, пролиферацией и дифференцировкой-действующими сочетано, чтобы давать однослойный абсорбтивный эпителий (Trier and Moxey, 1979). У млекопитающих, энтодерма первичной кишки является многослойным (стратифицированным) эпителием, но затем она приобретает однослойную конфигурацию благодаря образованию вторичного просвета (Trier and Moxey, 1979). Напротив, у костистых рыб (напр., рыбок данио), энтодерма первичной кишки остается однослойным (простым) эпителием в ходе всего EIT (Trotter et al., 2009). В обоих случаях передне-задняя волна ремоделирования ткани, пролиферации и клеточной дифференцировки ведет к формированию кишечных ворсинок. Механизмы, которые контролируют это сложное событие остаются плохо изученными.

Путь target of rapamycin (TOR) регулирует тканевой рост у эукариотических видов (Wullschleger et al., 2006). TOR, это киназа, по которой назван путь, он стимулируется ростовыми факторами и питательными веществами и который ингибируется в её отсутствие. В этом контексте в развивающемся или регенерирующем органе активность TOR необходима для активации анаболических путей, обязательных для клеточного роста и пролиферации (Hwang et al., 2008). Хотя TOR экспрессируется повсеместно, её активность может быть предметом регуляции с помощью тканеспецифических и онтогенетических факторов (Hwang et al., 2008). Напр., недавно мы показали, что чувствительный к rapamycin TOR complex 1 (TORC1) необходим для EIT у рыбок данио (Makky et al., 2007). Ингибирование TORC1 с помощью фармакологических и генетических манипуляций ведет к аресту кишечного роста, морфогенеза и специфичной для кишечника экспрессии генов. Др. исследования роли TORC1 в кишечнике показали его роль для миграции клеток в кишечнике взрослых (Rhoads et al., 2006), указывая на общую потребность TORC1в развитии и репарации ткани.

Чтобы определить, как TORC1 может регулироваться во время кишечного развития, мы сконцентрировались на вышестоящем регуляторе, serine/threonine kinase, Lkb1. Lkb1 репрессирует передачу сигналов TORC1 и ингибирует нижестоящие процессы, такие как биосинтез белка и ход клеточного цикла (Corradetti et al., 2004; Shaw et al., 2004). Lkb1 также модулирует клеточную полярность посредством мишеней, отдельных от пути TOR (Mirouse et al., 2007; Amin et al., 2009). Активность киназы Lkb1 регулируется с помощью субклеточной локализации путем связывания с двумя кофакторами, Strad и M025 (Boudeau et al., 2003; Hawley et al., 2003). Оказавшись в составе комплексов со своими партнерами по связыванию, Lkb1 локализуется в цитоплазме и киназная активность стимулируется более, чем в 10 раз (Baas et al., 2003: Boudeau et al., 2003). Синдром полипоза Peutz-Jeghers у человека может быть результатом мутаций в Lkb1, которые нарушают или её каталитическую активность или, что более часто, способность формировать эффективный тройничный комплекс с Strad и M025 (Zeqiraj et al., 2009).

Hjkm Lkb1 во время кишечного развития еще не была исследована. Гомозиготное генетическое устранение LKB1 у мышей ведет к эмбриональной летальности в результате сосудистых дефектов до развития большинства систем органов (Ylikorkala et al., 2001; Jishage et al., 2002). Напротив, гетерозиготные мутанты воспроизводят многие из признаков синдрома Peutz-Jeghers. Тканеспецифичные нулевые мутации LKB1 также были описаны, включая pancreas- (Hezel et al., 2008), intestinal mesenchyme- (Kata-jisto et al., 2008) и intestinal epithelial-специфичные нокауты (Shorning et al., 2009). В последнем исследовании делеции гена, специфичные для кишечного эпителия, индуцированные постнатально, вызывали дефекты в секреторных клонах. В данном исследовании мы обратились к вопросу, как Lkb1 может регулировать передачу сигналов TOR во время кишечного развития у рыбок данио и мышей. Полученные результаты указывают на новый механизм, с помощью которого Lkb1 может контролировать EIT.

Мы установили, что активность TORC1 временно активируется во время EIT как у рыбок данио, так и у мышей. Соответственно, Lkb1 оказывается временно локализованным в ядрах, указывая тем самым, что эти два феномена связаны. Morpholino-опосредованный нокдаун Lkb1 стимулирует кишечный рост путем активации TORC1 и также вызывает преждевременную экспрессию специфичных для кишечника генов в эпителии кишечника у рыбок данио. Нокдаун tsc2, который действует ниже Lkb1, сходным образом индуцирует раннюю экспрессию специфичных для кишечника генов. Эти данные указывают на то, что запрограммированная локализация Lkb1 может представлять собой новый механизм регуляции EIT во время развития кишечника у позвоночных.