The origin of embryonic и fetal myoblasts: a role of РахЗ и Pax7  GENES & DEVELOPAIENT 23:902-905 © 2009 Article is online at http://www.genesdev.Org/cgi/doi/10.l 101/gad. 1797009 | |
|
Skeletal muscle is a heterogeneous tissue composed of individual muscle fibers, diversified in size, shape, и contractile protein content, to fulfill the different functional needs of the vertebrate body. This heterogeneity derives from и depends at least in part on distinct classes of myogenic progenitors; i.e., embryonic и fetal myoblasts и satellite cells whose origin и lineage relationship have been elusive so far. In this issue of Genes & Development, Hutcheson и colleagues (pp. 997-1013) provide a first answer to this question.
 Рис.1. | A scheme of the possible lineage relationships of skeletal myoblasts (and the role of β-catenin). The steps identified by the present study are shown in red. |
Скелетные мышечные волокна формируются в течение всей жизни позвоночных или во время развития или регенерации; однако морфогенез, происходящий во время пренатального развития осуществляется в виде последовательных, самостоятельных или перекрывающихся ступеней с участием различных типов миобластов: эмбриональных миобластов, плодных миобластов и сателлитных клеток.
Поскольку первичный миотом-состоящий из дифференцированных многоядерных миоцитов-формируется независимым от Pax3/7 способом (Gros et al. 2005; Relaix et al. 2005), то слияние в многоядерное мышечное волокно, начинающееся приблизительно на эмбриональный день 11 (E11) у мышей характеризуется "эмбриональным" или первичным миогенезом, необходимым для становления основного мышечного паттерна. Всё ещё неизвестно, инкорпорируются ли миотомные клетки позднее в первичные мышечные волокна. Плодный миогенез характеризуется ростом и созреванием каждого мышечного зачатка и началом иннервации. Эта вторая волна миогенеза (также называемая вторичным миогенезом) имеет место между E14.5 и E17.5 (у мышей) и характеризуется слияние плодных миобластов или др. с др., чтобы сформировать вторичные волокна (первоначально маленькие и окружающие первичные волокна) или с первичными волокнами. В конце этой фазы вновь сформированная базальная ламина окружает каждое индивидуальное волокно и теперь сателлитные клетки могут быть идентифицированы морфологически как моноядерные клетки, расположенные между базальным листком и плазматической мембраной мышечного волокна. Взрослые миобласты ответственны за постнатальный рост и регенерацию мышечного волокна. Предыдущие исследования идентифицировали специфические свойства эмбриональных миобластов, плодных миобластов и сателлитных клеток, которые охарактеризовали из как самостоятельные клессы миогенных клеток (for review, see Cossu и Molinaro 1987; Stockdale 1992, Miller et al. 1999; Cossu и Biressi 2005). Миобласты сначала были идентифицированы на базе свой морфологии, реакции на внешние сигнальные молекулы и чувствительность к лекарствам и экспрессией разных изоформ тяжелых цепей миозина (MyHC) и мышечных энзимов. Сравнительно недавно анализ геномной экспрессии, проведенный на очищенных эмбриональных и плодных миобластах (Biressi et al. 2007) идентифицировал многие дифференциально экспрессирующиеся гены, четко указывающие, что эмбриональные и плодные миобласты обладают разными генетическими программами. Это наблюдение открыло возможность, что эмбриональные и плодные (а также взрослые) миобласты могут происходить из разных, возможно родственных популяций предшественников. The role of РахЗ и Pax7 in myogenesis В последние 10 лет исследования мышечных предшественников сосредоточились на двух близко родственных paired доменовых гомеобоксных транскрипционных факторах: РахЗ и Pax7. Их роль в разных аспектах миогенеза широко изучена: РахЗ необходим для миогенной спецификации выше MyoD (Tajbakhsh et al. 1997), сегментации сомитов, формирования дермомиотома (Tajbakhsh и Buckingham 2000; Schubert et al. 2001; Relajx et al. 2004), развития мускулатуры конечностей (Franz 1993; Bober et al. 1994; Goulding et al. 1994; Relaix et al. 2004), и экспрессии MyoD и Myf5 (Maroto et al. 1997; Bajard et al. 2006), тогда как Pax7 необходим для поддержания взрослых сателлитных клеток (Seale et al. 2000; Oustanina et al. 2004; Relaix et al. 2006). Более того, непрерывный рост мышц , который происходит во время пренатальной и постнатальной жизни, был приписан недавно популяции мышечных предшественников, уже присутствовавших на эмбриональной стадии (Gros et al. 2005; Kassar-Duchossoy et al. 2005; Relaix et al. 2005; Schienda et al. 2006). Клетки предшественники скелетных мышц возникают в центральной части дермамиотома и экспрессируют РахЗ и Pax7, они могут дифференцироваться в скелетные мышечные волокна во время эмбриогенеза и присутствовать в качестве популяции резервных клеток внутри растущей мышечной массы во время пренатальной и постнатальной жизни. У Pax3/Pax7 двойных нокаутных мышей формируются только первичные миотомы, тогда как все последующие фазы миогенеза поставлены под угрозу; поэтому было предположено, что все клетки миогенного клона могут происходить из популяции Pax3/Pax7-позитивных миогенных предшественников. Судьба Pax3+ клеток была прослежена с помощью Pax3GFP мышей, у которых GFP первоначально экспрессируется в Pax3-экспрессирующих клетках; однако из-за своей стабильности GFP экспрессия продолжается и после временной экспрессии продукта гена РахЗ (Relaix et al. 2005). Итак, по-видимому, РахЗ и Pax7 имеют частично перекрывающиеся и частично уникальные функции в миогенных предшественниках; оба они подавляются во время миогенной дифференцировки вследствие экспрессии myogenic regulatory factor (MRF). Несмотря на обилие информации специфическая роль РахЗ и Pax7 в спецификации эмбриональных, плодных и взрослых миобластов до конце не была исследована.В данном номере Genes & Develpment, Hutcheson et al. (2009) дали первый ответ на этот вопрос, исходя из предыдущих наблюдений (Kardon et al. 2002), исследовав также, дают ли РахЗ и Pax7 предшественники др. типы клеток. Genetic labeling и ablation of myogenic progenitors Hutcheson et al. (2009) использовали отслеживание и устранение генетических клонов у мышей, чтобы выяснить онтогенетическое происхождение эмбриональных и плодных миобластов в конечностях. Используя Pax3Crе и Pax7Crе мышей, скрещенных с R26RLacz репортерными мышами, они подтвердили временные отличия в экспрессии РахЗ и Pax7 в согласии с идеей, что Pax3+ и Pax7+ клетки д. вносить разные вклады в миогенные клоны. В самом деле, некоторые исследователи показали, что клетки в epaxial и hypaxial краях дермамиотома, а также клетки, мигрирующие в конечности, экспрессируют РахЗ, но не Pax7 (for review, see Buckingham и Relaix 2007). Однако анализ с устранением клонов (с использованием R26RDTA/+ мышей) продемонстрировал существование Pax3+Pax7- сомитных клеток, необходимых для эмбрионального миогенеза и необходимость Pax3+Pax7+ клеток, необходимых для плодного и последующего взрослого миогенеза. Эти Pax7+ клетки происходят из Pax3+ клеток, но не экспрессируют более РахЗ, поскольку РахЗ подавляется после E13.5. Т.о., в конечностях эмбриональные и плодные миобласты возникают из онтогенетически отличающихся, хотя и родственных, предшественников (Fig. 1). Более того, клональный анализ показал, что Pax3+, но не Pax7+, клетки в конечностях являются бипотенциальными, вносят вклад как в мышечный, так и эндотелиальный клон клеток, подтверждая, что эти Pax3+ клетки в конечностях сохраняют свойства своих сестер в hypaxial части дермамиотома с самого начала (Kardon et al. 2002). Этот важный результат ведет к важному, пока нерешенному вопросу: хотя РахЗ является ключевым регулятором развития скелетных мышц (Maroto et al. 1997,- Tajbakhsh et al. 1997, Bajard et al. 2006; Buchberger et al. 2007), in vivo экспрессия этого гена в сомитных клетках сама по себе недостаточна для детерминации этих клеток в направлении миогенной судьбы (поскольку генерируются также эндотелиальные клетки), строго указывая на то, что дополнительные внешние сигналы необходимы, чтобы продиктовать выбор между миогенной и эндотелиальной дифференцировкой. Роль Pax7 в плодном миогенезе согласуется с предыдущими данными (Horst et al. 2006; Biressi et al. 2007). Тем не менее у Pаx7-нулевых мышей, у которых взрослый миогенез и регенерация подвергнуты серьёзному риску, а плодный миогенез нет (Seale et al. 2000; Oustanma et al. 2004; Relaix et al. 2006). Hutcheson et al. (2009) полагают, что во время плодного миогенеза Pax7+'s функция или несущественна ил компенсируется др. белками, наиболее вероятным кандидатом является РахЗ. Др. словами, РахЗ д. быть существенным для эмбрионального миогенеза, а Pax7 для взрослого миогенеза, тогда как во время плодного периода два гена обладают перекрывающимися функциями. β-Catenin is required for embryonic but not fetal myogenesis В исследовании Hutcheson et al. (2009) предпринята попытка показать, что существует потребность в β-catenin для детерминации, миграции и пролиферации Pax3/Pax7-экспрессирующих клеток. Разные исследования продемонстрировали важность передачи сигналов Wnt/β-catenin для детерминации мышц (Maroto et al. 1997; Tajbakhsh et al. 1997; Borello et al. 1999, 2006; Chen et al. 2005; Brunelli et al. 2007), и для образования дермамиотома и миотома (Ikeya и Takada 1998; Linker et al. 2003; Schmidt et al. 2004; Otto et al. 2006). Здесь Hutcheson et al. (2009) сравнили эффекты делеции или активации β-catenin, управляемой или Pax3Cre или Pax7Cre чтобы проверить роль передачи сигналов Wnt/β-catenin в дифференцировке эмбриональных и плодных миобластов. Результаты показали, что β-catenin необходим для развития дермамиотома, что предсказывалось предыдущими работами; в конечностях β-catenin более не нужен для эмбриональных миобластов, тогда как Pax7+ экспрессирующие плодные миобласты (и волокна, которые они формируют) уменьшены в числе в отсутствие передачи сигналов β-catenin, это подтверждает роль в обеспечении пролиферативных сигналов. Необходимо отметить, что работа проделана на миобластах конечностей: хотя сходный сценарий может существовать для миобластов туловища, но это необходимо продемонстрировать.
Questions for the future The study by Hutcheson et al. (2009) adds an important piece to the complex и still confusing puzzle of muscle development by defining the role of Pax3/7 genes и β-catenin in embryonic и fetal myoblasts (Fig. 1). Several open questions remain: What is the fate of the Pax3+Pax7--derived, Myf5+ embryonic myoblasts? Do they all differentiate, or rather contribute to later (fetal и adult) myogenic cells? Do all satellite cells derive from Pax3/7 embryonic/fetal myoblasts? Could other cell types feed into this compartment и be recognized as part of the myoblast population simply because they activate РахЗ and/or Pax7. Clearly, more markers и more lineage tracing experiments are needed to answer these questions. Equally important will be the identification of new molecules or molecular pathways downstream from РахЗ and/or Pax7 и responsible for myoblast diversification. In this perspective, it would be important to understand whether РахЗ alone is sufficient to rescue fetal myogenesis in Pdx7-null mice or whether yet-to-be-identified additional molecules may cooperate with it in this role. New data will answer these questions in a hopefully near future.
|