Суставы между скелетным элементами позвоночных морфологически изменчивы и различие их морфологии диктуется их физическими свойствами. Synarthroses являются суставами, которые допускают минимальные движения и состоят или из хрящевых или фиброзных соединений между скелетными элементами. Amphiarthroses являются суставами с хрящевыми дисками, которые разделяют элементы и имеют непрерывную надкостницу, соединяющую элементы, такие как между соседними центрами позвонков. Синовиальные суставы являются наиболее гибкими суставами и обнаруживаются в конечностях и челюстях большинства позвоночных. Также так наз. diarthroses, синовиальные суставы. состоящие из полостей. заполненных жидкостью, с синовиальной выстилкой, и они часто имеют фиброзную капсулу, заключающую их.

Ребра тетрапод варьируют, имея один или два сустава внутри (Parker, 1867; Flyman. 1972).Мы обозначаем эти суставы как "costal joints". Если присутствует одиночный сустав, то он объединяет позвонковый и sternal элементы ребра (Fig. 1). Разные таксоны обладают разными типами реберных суставов, это скоррелировано с их стратегией вентиляции (Gans, 1970; Claessens, 2009). Одиночный реберный сустав являются синартрозом у большинства млекопитающих, но синовиальным суставом у птиц (Parker, 1867; Claessens, 2008).

Хотя развитие суставов давно привлекает внимание, но не было работ, связанных с развитием реберных суставов. Развитие синовиального сустава, по-видимому, в основном законсервировано как в отношении анатомического положения, так и между видами. Развитие синовиального сустава может быть грубо подразделено на три ступени; конденсация скелетогенных предшественников, чтобы сформировать хрящевые зачатки, формирование морфологически самостоятельной промежуточной зоны (interzone) в месте будущего соединения и кавитация промежуточной зоны, чтобы сформировать заполненную жидкостью полость, объединяющую соседние хрящи.

Прехондрогенные конденсаты являются первыми морфологическими показателями развития сустава (Fell, 1925; recently reviewed in Weatherbee and Niswander, 2007.). Все прехондрогенные конденсаты экспрессируют транскрипционный фактор Sox9, который необходим и достаточен для конденсации и созревания хряща (Wright et al., 1995: Healy et al., 1999; Bi et al., 1999; Akiyama et al., 2002). Прехондрогенные конденсаты также экспрессируют структурные белки Tenascin и Collagen IIA (Sandell et al., 1991; Pacilici et al., 1993). Tenascin является компонентом внеклеточного матрикса, который продуцируется прехондрогенными конденсатами и в конечном итоге ограничивается перихондрием после созревания в хрящ (Pacifici et al., 1993; Kovama et al., 1995; Gluhak et al., 1996). Когда прехондрогенные конденсаты дифференцируются в хрящ они также увеличивают синтез Collagen II, который является основополагающим компонентом внеклеточного матрикса хряща (Linsenmayer et al., 1973. Pitsil-lides and Ashhurst, 2008). В частности, экспрессируется изоформа IIB (Sandell et al., 1991).

Область образования сустава гистологически распознается как трехслойная структура, наз. промежуточной зоной (interzone) (Mitrovic, 1978). Интерзоны формируются внутри прехондрогенных конденсатов или во время или после дифференцировки в хрящ (Mitrovic, 1978; Shubin and Alberch, 1986; Archer et al.. 2007; Pitsillides and Ashhurst, 2008). Интерзоны развивающихся челюстей, конечностей и суставов плавников все экспрессируют сходный набор сигнальных молекул и транскрипционных факторов, которые указывают на то, что сходные молекулярные механизмы используются во время развития большинства суставов (Crotwell and Mabee, 2007). Первой неструктурной молекулой, идентифицированной в интерзоне, был Gdf5 (Storm and Kingsiey, 1996). После этого были идентифицированы и др. гены, включая Wnt14/9a (Hartmann and Tabin, 2001), Chordin (Archer et al., 2003), Noggin (Brunei et al., 1998), Autotaxin (Hartmann and Tabin, 2001), Bapx1 (Wilson and Tucker, 2004) и Barx1 (Barlow et al., 1999), среди прочих.

Исходя из согласованности генной экспрессии и результатов экспериментальных манипуляций, была предложена механистическая модель развития интерзоны. Gdf5 и родственные сигнальные молекулы экспрессируются в интерзоне, где они индуцируют анти-Bmp молекулы, такие как Noggin и Chordin, которые ингибируют хондрогенез в интерзоне (Brunet et al.. 1998; Merino et al., 1999; Zhang et al., 2002). Wnt14/9a и др. Wnts также экспрессируются в интерзоне, где они активируют β-catenin, который также ингибирует хондрогенез (Hartmann and Tabin, 2001; Spater et al., 2006b). Данные по нокауту у мышей для многих сигнаных молекул. ассоциированных с интерзоной, неожиданно давали фенотипы только в субнаборе суставов, несмотря на чрезвычайную консервацию экспрессии генов между суставами (Gdf5, Storm and Kingsiey, 1996; Chordin, Bachiller et al., 2003; Wnt14/9a, Spater et al., 2006a,b). Это указывает на то, что существует некоторая степень перекрывания сигналов для этих генов. В отличие от противоречивых эффектов нокаутов сигнальных молекул, генетическое устранение или β-catenin или Noggin вызывает широко распространенное слияние суставов (Brunett et al.. 1998, Guo et al., 2004; Hill et al., 2005), демонстрируя тем самым, что ингибирование хряща необходимо для развития суставов.

Последняя стадия развития синовиального сустава - это образование жидкости, заполняющей полость с помощью синовиальной мембраны, которая происходит из клеток интерзоны (Mitrovic, 1977; Dowthwaite et al., 2003; Rountree et al., 2004). Кавитация нуждается в эмбриональных движениях (Murray and Drachman, 1969; Hosseini and Hogg, 1991; Osborne et al., 2002), в синтезе компонента внеклеточного матрикса Hyaluronan (Craig et al., 1990; Edwards et al., 1994) и в соединение Hyaluronan с его рецепторами, такими как Cd44 (Dowthwaite et al., 199S). Синтез Hyaluronan внутри интерзоны, как полагают, физически разделяет клетки интерзоны, структуры, из которой образуется полость (Craig et al., 1990; Edwards et al.. 1994, reviewed in Pacifici et al., 2005). Синтез Hyaluronan может быть индуцирован с помощью связывания рецепторов и эмбриональных движений (Dowthwaite et al., 2003). И Cd44 и Hyaluronan экспрессируются в интерзоне на стадии перед и после кавитации, в результате помещения их в соотв. время и в соотв. месте, чтобы разделить клетки интерзоны (Craig et al., 1990; Dowthwaite et a)., 2003). Кавитация приводит к образованию морфологически зрелого сустава, который часто в фиброзную суставную капсулу, которая экспрессирует Collagen I (Nalin et al., 1995). Суставы с образовавшейся полостью также обладают синовиальной выстилкой, которая поддерживает экспрессию Cd44 (Edwards et al., 1994).

В данном исследовании мы описываем развитие реберного сустава у кур. Мы сравнили наши находки в реберных суставах с metatarsophalangeal суставом, который служил в качестве контроля развития типичного сустава. Мы подтвердили, что реберный сустав является синовиальным; поздняя эмбриональная морфология реберного сустава сходна с metatarsophalangeal суставом. Исходя из анализа гистологии и экспрессии белков, мы установили , что сходный механизм кавитации используется как реберным, так и metatarsophalangeal суставами. Интерзоны развиваются с сконденсированных клеток, которые позитивны по Sox9 в обоих типах суставов. Collagen II мРНК очень кратковременно экспрессируется в реберном суставе перед образованием интерзоны, и белок не обнаруживается ни в одном из суставов. Экспрессия сигнальных генов в реберном суставе безусловно отлична от экспрессии как в metatarsophalangeal суставе эмбрионов кур, так и в др. суставах, описанных в литературе. Хотя экспрессия Noggin и Autotaxin в реберном суставе соответствует этому в суставах конечностей, Gdf5, Wnt14/9a, Chordin, Barx1 и Bapx1 отсутствуют в интерзоне реберного сустава. Мы исследовали передачу нижестоящих сигнальных молекул, чтобы проверить гипотезу, что Gdf5 и Wnt14/9a сигнальные пути активируются с помощью функционально перекрывающихся сигнальных молекул. Gdf5 фосфорилирует Smads 1/5/8 (Chen et al., 2006), а Wnt14/9a активирует β-catenin в развитии суставов (Spater et al., 2006b), оба не обнаруживают доказательств активации в реберном суставе. Эти находки указывают на то, что альтернативные механизмы могут отвечать за развитие синовиальных суставов.