Neural tube defects (NTDs) одни из наиболее распространенных врожденных дефектов, затрагивающие -1 1,000 рождений человека по всему миру с варьирующим показателем между популяциями (Blom, 2009). Процесс. с помощью которого закрытие нервной трубки использует многие ступени, от ранней нейральной индукции, до элонгации, поднятия, изгибания и закрытия нервных складок, чтобы создать полую нервную трубку (Copp et al., 2003). Неспособность собственно завершать любой из этих процессов может приводить к NTD. У человека чувствительность к NTD обнаруживает сложное наследование как средовых, так и генетических вкладов. Одним из наиболее заметных средовых факторов является перинатальное потребление фолиевой кислоты (Smithells et al., 1976; Blom, 2009). У мышей, однако, большинство NTDs обусловлены одиночными генными дефектами (Harris and Juril-off, 2007). Многие гены участвуют в NTDs, включая пути, ассоциированные с Sonic Hedgehog (Shh), bone morphogenetic proteins (BMPs) и planar cell polarity (PCP; Copp et al., 2003; De Marco et al, 2006). Каждый путь, будучи разрушен у мышей приводит к стереотипическим фенотипам, включающим NTDs.

Путь PCP устанавливает организацию внутри эпителиального слоя. PCP впервые был продемонстрирован в Drosophila крыльях, глазах, животе и нотуме (Gubb and Garcia-Bellido, 1982: Fanto and McNeill, 2004). Эти ткани имеют регулярные структуры, такие как омматидии в глазах или щетинки на животе и крыльях, которые ориентированы в виде регулярного паттерна относительно один др. "Стержневой" набор PCP генов установлен у Drosophila (Fanto and McNeill, 2004). Гомологи у позвоночных включают Vangl1/2б Frizzled3 и 6, Disheveled 1-3, Celsr1, Prickle, Scribbled, PTK7 и Ankrd6 (Schwarz-Romond et al., 2002; Carreira-Barbosa et al., 2003; Curtin et al., 2003; Montcouquiol et al., 2003; Lu et al., 2004; Wang et al., 2006a,b; Torban et al., 2007). Примеры PCP обнаруживаются в ходе всего эмбриогенеза позвоночных, наиблее заметны в движениях конвергентного удлинения (CE), необходимых для элонгации и формообразования нервного эпителия во время ранней нейруляции, а также в высоко организованном эпителии внутри кохлеарных сенсорных структур (Park and Moon, 2002; Wang et al., 2005). PCP участвует также в клеточных перемещениях, которые формируют веки (Murdoch et al., 2001; Wang and Nathans, 2007). Дефекты генов PCP составляют приблизительно 5% от всех известных NTD мутаций у мышей и обычно ассоциированы с craniorachischisis (отсутствие закрытия нервной трубки по всей длине), открытыми глазами, дефектами ротации кохлеарных сенсорных клеток (Kibar et al., 2001; Murdoch et al., 2001; Hamblet et al., 2002; Curtin et al, 2003; Mon-tcouquiol et al., 2003; Lu et al., 2004; Wang et al., 2006b; Harris and Juril-oft 2007; Torban et al., 2008).

Мышиный ген Cecr2 ассоциирован с экзэнцефалией, перинатальным летальным краниальным NTD, но путь, с помощью которого Cecr2 действует, неясен. Описаны две разные мутации Cecr2. Гипоморфная genetrap мутация (Cecr2^GT45Bic) вызывает экзэнцефалию с 74% пенетрантностью на генетическом фоне BALB/c (Banting et al., 2005). Не заросшие веки присутствуют у большинства мутантов. Делеционная мутация Cecr2^tm1.1Henc была описана недавно (Fairbridge et al., 2010). Cecr2^tm1.1Henc мутанты обнаруживают 96% пенетрантность экзэнцефалии и обычно сопровождаются несросшимися веками. Ни одна из мутаций не ассоциируют с spina bifida или craniorachischisis.

CECR2 является хроматин ремоделирующим белком, который формирует CERF комплекс с SNF2L/SMARCA1 (Banting et al., 2005). Специфическая роль комплекса CERF в нейруляции неизвестна. Хроматин ремоделирующие белки обычно участвуют в альтерации контактов ДНК-гистоны и репозиционировании нуклеосом и важны для клеточных процессов, таких как транскрипция, репликация и репарация (Aalf's and Kingston, 2000). Др. хроматин ремоделирующие белки ассоциируют с NTDs. Напр., гетерозиготы по мутациям SWI/SNF хроматин ремоделирующим компонентам Brg1/Smarca4 и BAF155/Srg3/Smarcc1 ассоциируют в 14-20% экзэнцефалией (Bultman et al., 2000; Kim et al., 2001).

Мы показали. что обе Cecr2 мутации вызывают экзэнцефалию и дефекты внутреннего уха в форме укороченного и широкого кохлеарного канала, а также неправильной ориентации сенсорных клеток в кортиевом органе. Используя LacZ слитый белок Cecr2^GT45Bic мутации, мы установили, что экспрессия Cecr2 экспрессируется в ранней отической плакоде и персистирует в дне улитки внутреннего уха на поздних стадиях. Специфические дефекты внутреннего уха, связанные как с дефектами нервной трубки, так и с незаращением век, заставили нас исследовать путь PCP. Мы продемонстрировали, что во время краниальной нейруляции Cecr2^GT45Bic гомозиготные мутанты обнаруживают более широкие расстояния между нервными складками. Cecr2^GT45Bic гетерозиготные эмбрионы обнаруживали некоторую задержку закрытия, указывая тем самым, что Cecr2 обнаруживает дозовую зависимость чувствительности. Генетическое взаимодействие для NTDs наблюдалось, когда Cecr2^tm1.1Henc мутанты были скрещены с Vangl2, но не для дефектов внутреннего уха. Анализ микромассивов и количественная reverse transcriptase-polymerase chain reaction (qRT-PCR) целых эмбрионов во время нейруляции были предприняты. чтобы исследовать возможное влияние Cecr2 на путь PCP генной экспрессии; однако не выявлено непосредственной связи. Обсуждаются возможные взаимоотношения между Cecr2 и PCP в нейруляции и развитии внутреннего уха. PCP-родственный путь, в котором Cecr2 мог бы влиять на полярность это цилиогенез. Дефекты ресничек, особенно тех с повышенной активностью пути Shh, часто ассоциируют с экзэнцефалией (Murdoch and Copp, 2010). Однако, Cecr2 мутанты не обнаруживают др. типичных признаков мутантов цилиогенеза. Почти все такие мутанты ассоциируют с Polydactyly, которая никогда не обнаруживается у Cecr2 мутантов. Др.типичным признаком мутантов цилиогенеза это лево/правосторонняя асимметрия, дефекты конечностей, петлеобразования сердца и и ранняя эмбриональная гибель, ни один из них не обнаруживается у мутантов Cecr2 . Более того, киноцилии Cecr2 мутантов позиционируются правильно, тогда как киноцилии Bbs6/Mkks мутантов отделены от стереоцилий, это указывает на легкое сглаживание V-паттерна, но не на ротационные дефекты (Ross et al., 2005). Т.о., спектр Сecr2 фенотипов не подтверждает роли Cecr2 в цилиогенезе.

Изменения полярности во внутреннем ухе может быть также результатом non-PCP дефектов в развитии клеток предшественников внутреннего уха. Гомеобоксный ген Emx2 , как полагают, регулирует пролиферацию и дифференцировку предшественников волосковых клеток, а Emx2 мутанты обнаруживают дефекты полярности волосковых клеток (Hoiley et al., 2010) Однако мутанты Emx2 обнаруживают также существенную потерю OHCs и поддерживающих клеток, при этом оставшиеся клетки образуют неотчётливые ряды. эффект является одинаковым по всей улитке и не обнаруживает большей дезорганизации апикально, как в случае Cecr2. Разрушение путей, таких как передача сигналов notch , EGF и BMP/Noggin может обнаруживать дефекты внутреннего уха, но это обычно более тяжелые дефекты, отличающиеся от таковых у Cecr2 мутантов. Дефекты пути notch ведут к увеличению количества рядов клеток в кортиевом органе. В частности, Hes1 мутации вызывают увеличение количества IHC, тогда как Hes5 мутации ведут к увеличению рядов OHCs (Zine et al., 2001). Notch1 мутации ведут к увеличению слоёв как OHC, так и IHC (Hayashi et al., 2008). Fgfr3^-/- мыши обнаруживают дефицит дифференцировки поддерживающих клеток и легкое увеличение количества рядов OHC, с нормальной ориентацией пучков стереоцилий (Hayashi et al., 2007). Экзогенный Bmp4, известная мишень Fgf3, вызывает увеличение количества рядов OHC от трех до 7-9 рядов, будучи приложенным в виде кусочков, смоченных Bmp4, к кохлеарным эксплантам (Puligilla et al., 2007). Увеличение количества рядов и дополнительные клетки, наблюдаемые у Cecr2 мутантов, обнаруживаются в апикальном витке, но не столь излишне, как упоминалось выше.

Итак, мы показали, что две независимые мутации Cecr2 вызывают дефекты полярности во внутреннем ухе. Хотя эти дефекты напоминают те, что видны у мутантов PCP генов, и комбинирование Cecr2^tm1.1Henc/+ и Vangl2^Lp/+ мутаций обнаруживает ограниченное взаимодействие, связанное с NTDs, очень маловероятно, что Cecr2 действует непосредственно на путь PCP. Т.к. ген, ремоделирующий хроматин Cecr2 может регулировать широкий спектр независимых путей и, по крайней мере, один возможно пересекается с PCP. Ранее мы идентифицировали несколько транскрипционных факторов, которые негативно регулируют нейруляцию Cecr2 мутантов и, следовательно, имеется точка старта проверки этих ассоциированных с Cecr2 путей(Fairbridge et al., 2010).