Формирование dorsoventral (D/V) паттерна у позвоночных нуждается в импульсах от BMP (Bone Morphogenetic Protein) и Wnt сигнальных путей, чтобы специфицировать вентральную и заднюю судьбы (rev. De Robertis et al., 2000; Schier, 2001; De Robertis and Kuroda, 2004: Kimelman, 2006; Itasaki and Hoppler, 2010). События, стоящие ниже передачи сигналов Wnt и BMP, которые ведут к вентральной спецификации изучены не до конца, но транскрипционная регуляция является главным результатом обоих путей. Wnt и BMP активности могут активировать вентральные гены независимо один от др. , но они также обнаруживают некоторые общие мишени (Hoppler and Moon, 1998; Marom et al., 1999; Ramel and Lekven, 2004; Szeto and Kimelman, 2004). Хотя исследования на рыбках данио проясняют динамику регуляции генов мишеней обоих путей (Ramel and Lekven, 2004), но всё ещё неясно, как их взаимоотношения работают в некоторых модельных системах, кроме того, что их взаимоотношения сложные и могут использовать перекрестные регуляторные взаимодействия на многих уровнях (Hoppler and Moon, 1998; Marom et al., 1999; Fuentealba et al., 2007). Понимание отдельных ролей передачи сигналов Wnt и BMP является критическим для расшифровки регуляции формирования D/V паттерна.

У амниот Wnt8 важен для формирования D/V паттерна, но его роль ещё не понята до конца. Исследования на лягушках и рыбах показали, что передача сигналов Wnt8 ответственна за репрессию организатора в начале гаструляции (Hoppler et al., 1996; Lekven et al., 2001). У рыбок данио передача сигналов Wnt8 ограничивает размер организатора посредством регуляции транскрипции vent, vox и ved (Ramel and Lekven, 2004; Ramel et al., 2005), которые кодируют транскрипционные репрессоры дорсальных генов (Kawahara et al., 2000a,b; Imai et al., 2001: Shimizu et al., 2002). В отсутствие Wnt8 эмбрионы рыбок данио обнаруживают чрезвычайное расширение дорсальной судьбы за счет потери судеб клеток, происходящих из вентролатеральной части (Lekven et al., 2001; Ramel and Lekven, 2004). В эктодерме это проявляется в виде экспансии нейроэктодермы за счет не-нейральной эктодермы. В мезодерме это отражается в экспансии аксиальной мезодермы (т.e., доменов прехордальной пластинки и хорды) за счет судьбы вентролатеральной мезодермы (напр., задних сомитов, крови). Соответ. эмбрионы, лишенные Wnt8 обнаруживают сильно дорсализованный фенотип спустя 24 ч после оплодотворения, характеризующийся отсутствием туловища и хвоста (Lekven et al., 2001). Кроме того, эмбриональная дорсализация также сопровождается экспансией передней ткани за счет задних тканей у wnt8 мутантов (Lekven et al.. 2001). Мезодермальный фенотип wnt8 мутантов может быть объяснен двумя альтернативными гипотезами: с одной стороны дорсализация мезодермы м.б. результатом спецификации немногих предшественников вентролатеральной/задней мезодермы, тем самым ограничивается пул предшественников, который вносит вклад в вентральную и дорсальную судьбу. С др. стороны, передача сигналов Wnt может играть роль в обеспечении поддержания или экспансии предшественников задней мезодермы, напр., посредством регуляции генов cdx или no tail/ brachyury (Shimizu et al., 2005; Thorpe et al.. 2005; Martin and Kimelman, 2008).

Передача сигналов BMP играет критическую роль в формировании D/V паттерна и в образовании задних и вентральных тканей. Формирование паттерна D/V оси с помощью модулируемой градиентом активности BMP с наивысшими уровнями сигнала BMP, специфицирующими наиболее вентральные и задние судьбы (De Robertis and Kuroda, 2004; Kondo, 2007). BMP мутанты обладают классическим дорсализованным фенотипом, характеризующимся расширением нейроэктодермы за счет эпидермиса, а также потерей задних и вентральных типов мезодермальных клеток (Little and Mullins, 2006). В мезодерме, наивысшие уровни BMP во время гаструляции заставляют клетки предшественники вносить вклад в хвост (Agathon et al., 2003; Szeto and Kimelman, 2006; Tucker et al., 2008; Harvey et al., 2010), возможно путем предупреждения их преждевременной дифференцировки, а также влияя на конвергенцию клеток (Myers et al., 2002; von der Hardt et al., 2007). У рыбок данио Bmp2b ко-регулирует Wnt8 гены мишени vent, vox и ved во время ранней гаструляции (Melby et al., 2000; Imai et al., 2001; Ramel et al., 2005), хотя тот факт, что потеря функции BMP не приводит к экспансии организатора (Mullins et al., 1996; Ramel and Lekven, 2004) или дефектному формированию передне-заднего паттерна в гаструле (Barth et al.. 1999) иллюстрирует различия между их регуляторными ролями. Тем не менее, мутации в bmp2b (swr) и bmp7 (snailhouse) вызывают драматическое уменьшение вентральной м задней ткани, продуцируя дорсализованные фенотипы, которые выглядят, по крайней мере, морфологически, сходными с теми, что наблюдаются у мутантов wnt8 (Mullins et al., 1996; Kishimoto et al., 1997; Schmid et al., 2000; Ramel et al., 2005).

Очевидное сходство wnt8 и BMP мутантных фенотипов, также как идентификация общих генов мишеней позволяют выдвинуть предположение, что передача сигналов Wnt и BMP действует кооперативно, чтобы регулировать формирование D/V паттерна. Однако взаимоотношения между wnt8 и BMP остаются плохо охарактеризованными, несмотря на их важность для механизма формирование D/V паттерна. Напр., Wnt8 и BMP могут осуществлять прямые взаимодействия помимо общих нижестоящих транскрипционных мишеней. У Xenopus,wnt8, как было установлено, является нижестоящей передачей сигналов по отношению к BMP, но неясно, отражается ли эта регуляция за счет материнского или зиготического BMP (Hoppler and Moon, 1998). Кроме того, поскольку избыточная экспрессия BMP на умеренных уровнях, как было установлено, индуцирует экспрессию wnt8, тогда как высокие уровни BMP репрессируют wnt8, указывая на индукцию wnt8 в ответ на BMP под сложным контролем (Marom et al., 1999). У рыбок данио установлено, что избыточная экспрессия Wnt8 может индуцировать эктопически bmp2b (Agathon et al., 2003), но BMP не обязателен для нормальной экспрессии wnt8 (Mullins, 1999; Ramel and Lekven, 2004; Szeto and Kimelman, 2004), это указывает на альтернативное транскрипционное взаимоотношение у рыбок данио. Однако, анализ мутантов swr показывает, что высокая активность BMP может негативно регулировать wnt8 в конце гаструляции (Hammersch-midt and Mullins, 2002), подобно взаимоотношению, наблюдаемому у амфибий. Итак, полученные данные подтверждают взаимозависимые и в принципе перекрестно-регуляторные взаимоотношения между передачей сигналов Wnt8 и BMP, что может затенять анализ потенциальной уникальной роли в формировании паттерна оси для каждого.

Одним из важных взаимодействий между Wnt8 и BMP , как известно, косвенное. Организатор позвоночных является источником из нескольких секретируемых антагонистов для BMP лигандов, включая Chordin и Noggin (De Robertis and Kuroda, 2004); поэтому любое увеличение в количестве этих аксиальных клеток д. приводить к одновременному увеличению в уровнях антагонистов' BMP, продуцируемых организатором, и к соотв. снижению сигнальной активности BMP. Как следствие такого взаимоотношения увеличение размера организатора д. приводить к более высокому уровню BMP антагонизма у эмбрионов с потерей функции wnt8. Результатом этого дорсализация wnt8 мутантного фенотипа может отражать комбинированные эффекты снижения передачи сигналов Wnt и BMP, приводя к затемнению фенотипических эффектов, которые могут быть приписаны непосредственно Wnt8.

Чтобы отличить роль передачи сигналов Wnt от передачи сигналов BMP в формировании паттерна оси позвоночных, мы использовали подход потери функции у рыбок дано. Мы получали эмбрионы, лишенные активности как Wnt8, так и антагониста BMP, Chordin, и показали, что это приводит к восстановлению активности BMP на генетическом фоне потери функции wnt8. Наш анализ показал, что передача сигналов wnt8 выполняет разные BMP-независимые функции в разных мезодермальных доменах: Wnt8 уникально необходим для предупреждения экспансии домена прехордальной мезодермы, но не для домена проспективной хорды и Wnt8 важен для экспансии или пролиферации тканей, происходящих из вентролатеральной мезодермы. Т.о., Wnt8 выполняет разные роли в формировании осевого паттерна позвоночных, которые могут быть экспериментально отделены от ролей, выполняемых BMP.