Хорошо известно, что паттерны сетевой экспрессии важных онтогенетических регуляторов возникают в результате интеграции множественных индуктивных сигнальных воздействий, но лежащие в основе молекулярные детали плохо поняты в большинстве систем. Глаза млекопитающих представляют прекрасную систему для дальнейшего детального анализа этой модели поскольку экстенсивные индуктивные сигналы вносят вклад с помощью множественных крупных сигнальных путей, идущих туда и обратно между 4 эмбриональными примордиями, вносящими вклад в зрелый орган. Напр., передача индуктивных сигналов от производного нейроэктодермы оптического пузырька необходима для инициации программы дифференцировки хрусталика в лежащей поверх поверхностной эктодерме, а вновь индуцированная хрусталиковая плакода в свою очередь посылает сигналы обратно к зрительному пузырьку, специфицируя позицию, где д. появиться презумптивная сетчатка внутри нейроэктодермы (Chow and Lang, 2001).

Развитие переднего сегмента глаза, включая роговицу, лимбус и цилиарное тело, особенно сложно. Оно нуждается во взаимодействии нейроэктодермы, поверхностной эктодермы, нервного гребня и мезодермальной мезенхимы. Зрелые роговица, лимб, конъюнктива, веки и цилиарное тело являются химерными, возникающими в результате интеграции нейроэктодермы (цилиарное тело) или поверхностной эктодермы (cornea, limbus, conjunctiva и веки) с мезенхимой. Развитие зачатков этих структур наступает непосредственно после перехода оптического пузырька в оптический бокал и отделения хрусталикового пузырька от поверхностной эктодермы, когда мезенхимные клетки, находящиеся сначала в нервном гребне, начинают мигрировать между передней частью оптического бокала и лежащей поверх поверхностной эктодермой (Cvekl and Tamm. 2004; Gould et al., 2004). Передача сигналов Retinoic acid (RA) из оптического бокала, хрусталика и гребня поверхностной эктодермы играет критическую роль в контроле морфогенеза переднего сегмента на этой стадии развития путем активации экспрессии генов ключевых транскрипционных факторов в нервном гребне (Matt et al., 2005. 2008; Molotkov et al., 2006).

Критической нижестоящей мишенью передачи сигналов RA в глазной части нервного гребня на этой стадии является гомеобоксный ген, Pitx2 (Matt et al., 2005, 2008; Molotkov et al., 2006). Глобальная или специфическая для нервного гребня потеря Pitx2 у мышей приводит к тяжелому дисморфогенезу глаз, включая потерю любой из распознаваемых структур переднего сегмента за исключением хрусталика (Gage et al., 1999; Evans and Gage, 2005). Эти дефекты сильно фенокопируют те. что обнаруживаются у мышей, у которых нарушена передача сигналов RA, частично из-за того, что потеряна экспрессия Pitx2 (Matt et al., 2005, 2008; Molotkov et al, 2006). Гетерозиготные мутации PITX2 человека являются одной из генетических причин Axenfeld-Rieger Syndrome, который характеризуется дефектами переднего сегмента и ассоциирован с высоким риском глаукомы с ранним началом (Semina et al., 1.997; Alward, 2000). Важной нижестоящей мишенью для P1TX2 является Dkk2, который кодирует внеклеточный антагонист канонической передачи сигналов Wnt/β-catenin. DKK2 необходим, чтобы смягчать активность передачи сигналов Wnt/β-catenin как в нервном гребне, так и лежащей поверх поверхностной эктодерме переднего сегмента (Gage et al., 2008). Итак. эти наблюдения указывают на PITX2 как важный узел интеграции между этими двумя основными сигнальными путями во время развития глаз (Gage et al., 2008: Gage and Zacharias, 2009: Kumar and Duester, 2010). Кроме того, PITX2, β-catenin и LEF-1 взаимодействуют синергично, чтобы регулировать Lef1 промотор, еще сильнее подчеркивая связь между P1TX2 и канонической передачей сигналов Wnt (Vadlamudi et al., 2005).

Pitx2 сам по себе выступает в качестве транскрипционного фактора канонической передачи сигналов Wntβ-catenin в развивающемся гипофизе посредством последовательности, расположенной в 5' (Kioussi et al., 2002) и 3' (Ai et al., 2007) части гена. Каноническая передача сигналов Wntможет также играть роль в пост-транскрипционной стабилизации мРНК Pitx2 (Briata et al.. 2003). Обработка эмбрионов LiCl, агонистом канонической передачи сигналов Wnt , стимулирует экспрессию Pitx2 внутри окологлазной мезенхимы (Kioussi et al., 2002). Кроме того, уровни белка PITX2 остаются постоянно высокими в глазном нервном гребне у Dkk2-дефицитных мышей, доказывая наличие ауторегуляторной петли обратной связи (Gage et al., 2008). Хотя точный механизм, лежащий в основе изменения экспрессии, неизвестен, эти данные указывают также, что комбинаторный код, включая как RA, так и каноническую передачу сигналов Wтеβ-catenin может быть необходим, чтобы активировать экспрессию Pitx2 в нервном гребне.

В данной работе представлены доказательства, что каноническая передача сигналов Wntβ-catenin не нужна для инициальной активации Pitx2, но необходима для поддержания его продолжающейся экспрессии, скорее всего посредством непосредственного связывания Lef-1 и β-catenin с промотором Pitx2. Т.о., два сигнальных пути вносят вклад в код, необходимый для нормальной экспрессии Pitx2, но они действуют последовательно скорее, чем сочетанно. Временная экспрессия Pitx2 достаточна для активации генетической программы, которая необходима для закрепления переднего оптического бокала и хрусталика на лежащей поверх поверхностной эктодерме. Наконец, зависимость экспрессии Pitx2 от канонической передачи сигналов Wntβcatenin, по-видимому, уникальна среди набора известных регуляторов раннего развития переднего сегмента глаза.