ЦНС позвоночных представлена полой нервной трубкой. У высших позвоночных нервная трубка возникает в результате двух типов событий, называемых первичная и вторичная нейруляция. Первичная нейруляция или neural tube closure (NTC) это трансформация плоской нервной пластинки в полую трубку и связана с образованием головного мозга и большей части спинного мозга. Вторичная нейруляция формирует сплошной нервный тяж, чтобы сформировать наиболее каудальную часть спинного мозга (Schoenwolf 1985). Процесс NTC связан с контролируемыми динамическими молекулярными и клеточными событиями, контролируемыми более 240 генами (Harris & Juriloff 2007, 2010). Нарушение активности этих генов ведет к дефектам NTC defects (NTDs), которые являются причиной врожденных аномалий у людей, затрагивающих 1-5/1000 беременностей (Copp & Greene 2010).

Biomechanics of neural tube closure

Первичная нейруляция связана с серией изменений форм в нервной пластинке, начиная с апикобазального утолщения или элонгации клеток вдоль апикобазальной оси в нервной пластинке (Fig. 1A; Smith & Schoenwolf 1997; Colas & Schoenwolf 2001). Это сопровождается образованием клинообразной ткани в будущей вентральной срединной линии, median hinge point (MHP; Fig. 1B). Здесь поведение поляризованных клеток и ассоциации MHP's с расположенной ниже хордой совместно генерируют силы, которые вызывают прогиб вентральной срединной линии и возвышение нервных складок на каждой из сторон (Schoenwolf & Franks 1984; Schoenwolf & Alvarez 1989; Davidson & Keller 1999; Colas & Schoenwolf 2001).

Figure 1. Neural tube closure and convergent extension in the chick. (A-D) Neural tube closure events shown in cross-sectional view. (A) Apicobasal thickening of the neural plate prior to neural tube closure (NTC). (B) Median hinge point (MHP) formation at the ventral midline of the neural plate. Note the association of the notochord (NC) with the MHP and the elevation of the neural folds (NF) above the ventral midline. (C) Formation of the dorsolateral hinge point (DLHP) and the association of the neural plate (NP) with the surface ectoderm (SE). (D) Dorsal midline fusion of the neural plate and SE. (E, F) Top down views of the chick neural plate, with rostral to the top and the dorsal surface facing the viewer. Convergent extension narrows and elongates the neural tube (NT) (white tissue; double headed arrow). Area opaca (AO, orange), primitive streak (PS, brown) and Hensen's node (HN, red) are shown for orientation.

Парные dorsolateral hinge points (DLHP) формируются на некоторых осевых уровнях нервной пластинки (Fig. 1C) (Schoenwolf 1985; Smith et al. 1994; Ybot-Gonzalez et al. 2002, 2007). Клеточное поведение, сходное с таковым в MHP появляется и в DLHP и помогает изгибать нервные складки так, что они поворачиваются в направлении др. др. Как и в MHP, DLHP также ассоциируют с соседними тканями, в данном случае, с поверхностью эктодермы (Fig. 1C). Внутренне присущие силы генерируются поведением поляризованных клеток в DLHP, и внешние силы прикладываются поверхностной эктодермой, вместе они помогают смыканию нервных складок так, что происходит слияние по дорсальной срединной линии (Fig. 1D) (Jacobson & Moury 1995; Ybot-Gonzalez et al. 2002).

Финальные ступени NTC связаны со слиянием по дорсальной срединной линии нервных складок и поверхностной эктодермы (Fig. 1D) (Pai et al. 2012; Pyrgaki et al. 2010; Ray & Niswander 2012). У мышей слияние происходит в трех разных местах закрытия на разных осевых уровнях нервной пластинки. Это сопровождается ростральным и каудальным застегиванием по дорсальной срединной линии (Jaskoll et al. 1991; Fleming et al. 1997; Copp & Greene 2010). Недавнее исследование также описало новый процесс "buttoning up" в среднем мозге, где множественные вторичные места закрытия помогают осуществлять NTC (Van Straaten et al. 1996; Pyrgaki et al. 2010; Teng & Toyama 2011). Эти процессы также ассоциированы с гибелью клеток (хотя это спорно), изменениями формы и адгезии клеток и, как было недавно установлено, вытягиванием цитоплазматических отростков поперек нервных складок (Massa et al. 2009; Yamaguchi et al. 2011; Pai et al. 2012; Ray & Niswander 2012).

Обширное эпителиальное ремоделирование необходимо для завершения NTC. Путь planar cell polarity (PCP), который поддерживает клеточную полярность в плоскости эпителия, является основным регулятором эпителиального ремоделирования во время NTC (Wallingford 2006; Copp & Greene 2010; Juriloff & Harris 2012). У позвоночных путь PCP управляется с помощью WNT лигандов и регулирует движения конвергентного вытягивания во время гаструляции и нейруляции. Во время этого процесса интеркаляции поляризованных клеток сужают и удлиняют существенно нервную трубку, так что нервные складки помещаются бок о бок и могут сливаться дорсально (Fig. 1C-F) (Wallingford & Harland 2002; Zohn et al. 2003; Wallingford 2012). В ряде замечательных обзоров рассматривается путь PCP и регуляция NTC (Zohn et al. 2003; Wallingford 2006; Kibar et al. 2007a,b; Wada & Okamoto 2009). Здесь мы сконцентрируемся на роли эпителиального ремоделирования, которое происходит вдоль апикобазальной оси во время NTC.

Cell cycle progression and interkinetic nuclear migration in the neural plate

Нервная трубка состоит из биполярных клеток предшественников, которые обладают апикальным и базальным отростками, а большую часть тела занята в основном клеточным ядром (Fig. 2A). Прогрессия клеточного цикла в нервной трубке и в др. псевдостратифицированных эпителиях связана с интеркинетической миграцией ядер, Во время этого процесса клеточные ядра перемещаются к своим апикальному или базальному отросткам, которые остаются закрепленными на апикальной или базальной поверхности нервной трубки практически на всем протяжении клеточного цикла (Fig. 2A) (Sauer 1935; Baye & Link 2007; Meyer et al. 2011). На ранних ст. развития митозы почти всегда происходят на или вблизи апикальной поверхности, тогда как др. фазы клеточного цикла (G1, G2, S) происходят по-разному по всей толщине нервного эпителия (Fig. 2A) (Kosodo & Huttner 2009).

Figure 2. Epithelial organization and tissue morphogenesis. (A) Cross-sectional/apicobasal view of the neural plate showing its pseudostratified epithelial organization and interkinetic nuclear migration. Cell nuclei are shown in blue, and the cell outline, including apical and basal processes, are shown in green. Based on Sauer (1935), Baye and Link (2007). (B) Neural epithelial cell organization with the apical (red) and basolateral (green) compartments separated by tight junctions (TJ). Adherens junctions (AJ) are located basal to the TJ and associate with the adherens/actin belt (grey). TJ and AJ are associated with the apical PAR complex, which antagonizes basolateral proteins, for example, lethal giant larva (LGL). BM, basement membrane. (C-F) Madin-darby canine kidney (MDCK) cells in 3D cultures (C) can self-organize to form cysts with central lumens (D). The cyst can expand by cell division (E), display dynamic variability in apicobasal polarity, leading to the formation of hollow tubes (F). C-F adapted from Mostov et al. (2003) and Zegers et al. (2003). (G) Cartoon depicting the role of BMP-apicobasal polarity interactions during hinge point formation. For details, see text. Adapted from Eom et al. (2012).

Помимо интеркинетической миграции ядер, наблюдаются и др. динамичные во времени и поляризованные поведения вдоль апикобазальной оси нервной пластинки. Сюда входят апикобазальное утолщение нервной пластинки и DLHP, апикобазальное укорочение в MHP, апикальные сужения и удержание в основании ядер клеток в обоих наборах шарнирных точек (hinge points) (Figs 1, 3) (Sauer 1935; Colas & Schoenwolf 2001; Wallingford 2005; Baye & Link 2007; Nishimura & Takeichi 2008; Eom et al. 2011). Базально расположенные ядра придают клеткам шарнирных точек их "клиновидный" вид на сканированных ЭМ микрографиях (Figs 3A, 4C,D) (Smith & Schoenwolf 1987, 1988). Чтобы понять, как это поведение поляризованных клеток генерируется и динамически модулируется во время NTC, в первую очередь необходимо понять, как путь апикобазальной полярности функционирует, чтобы устанавливать, поддерживать и модулировать эпителиальную организацию.

Figure 3. Bone morphogenetic proteins (BMP) signaling and hinge point formation. (A, A') Wild-type neural plate showing the random distribution of nuclei in lateral neural plate and basally located nuclei at the median hinge point (MHP) (arrowhead). The blue box along the apical surface of A is magnified in A' and demonstrates that the basally located nuclei shown at the MHP in A display reduced apical surfaces at the MHP. Graded arrows depict the pSMAD 1,5,8 gradients along the medial-lateral and the apicobasal axes. (B, B') BMP blockade exaggerates the endogenous MHP (black arrowhead) and can induce ectopic hinge points in lateral neural plate (red arrowhead, B). This is accompanied by increased apical constriction and basal nuclear migration (B, B'). (C, C') Increased BMP signaling results in a flattened neural plate. The neural plates shown in B and C do not close correctly. Note that the DLHPs are not shown this figure, but are affected similarly by BMP signaling. Based on data from Eom et al. (2011, 2012).

Figure 4. Convergent extension and cell cycle kinetics in neural tube closure. (A, B) Neural plate cells in apical view showing progressive convergent extension. Apical junctional remodeling (red circles in A and B) results in mediolateral convergence and anteroposterior extension (double headed arrows in A and B, respectively). Note that such remodeling can produce apical constriction (based on data from Nishimura et al. 2012). (C, D) Lateral neural plate cells display asynchronous cell cycle progression, with neighboring cells in different cell cycle phases (C). By contrast, a majority of nuclei at the MHP are basally located (D). Although the same number of cells is shown in C and D, the apical surface area in D is reduced compared to C (compare double-headed arrows in C and D). Based on data from Smith and Schoenwolf et al. (1987); Eom et al., unpubl. obs., 2012.

Dynamic modulations of apicobasal polarity and organogenesis

Клеточные мембраны эпителиальных клеток подразделены на апикальный и базолатеральный компартменты, разделяемые плотными соединениями (Fig. 2B) (Margolis & Borg 2005). Такое разделение предупреждает околоклеточный перенос белков и липидов между двумя компартментами, разрешая осуществлению их функциональной специализации (Martin-Belmonte et al. 2008). Это разделение эпителиальных мембран на апикальный и базолатеральный компартменты зависит от взаимодействий среди множественных наборов асимметрично распределенных комплексов белков полярности (Suzuki et al. 2001; Bilder 2004). Они включают ассоциированные с плотными соединениями PAR-комплексы, состоящие из белков PAR3, PAR6 и atypical protein kinase C (aPKC), и более апикально расположенными Crumbs комплексами (которые включают Crumbs, PATJ и Stardust помимо прочих белков; (Margolis & Borg 2005). Эти комплексы помогают устанавливать и поддерживать апикальную полярность и целостность плотных соединений частично путем исключения базолатеральных белков, напр., Scribble, Disks Large и Lethal Giant Larva (LGL) из апикального компартмента (Fig. 2B) (Plant et al. 2003; Yamanaka et al. 2003; Bilder 2004).

Второй тип функции слипчивых соединений связан с непосредственно соседствующими с плотными соединениями эпителиальными клетками (Margolis & Borg 2005). Эти соединения создаются кадгеринами и являются критическими для клеточной адгезии и для способности эпителиальных клеток формировать трехмерные тканевые ансамбли (Harris & Tepass 2010). Это в основном сопровождается взаимодействиями слипчивых соединений с апикальными актиновыми и слипчивыми поясами, чьё ремоделирование играет главную роль в NTC и др. морфогенетических процессах (Fig. 2B) (Takeichi 2011). Слипчивые соединения могут также использоваться в тканевом ремоделировании путем взаимодействия с микротрубочками и аппаратом клеточного эндоцитоза (Harris & Tepass 2010).

Как эпителиальное моделирование влияет на морфогенетические процессы? Чтобы понять это нужно рассмотреть удивительную способность эпителиальных клеток к самоорганизации в сложные трехмерные структуры (Trinkhaus 1969). Этот процесс был изучен на Madin-Darby Canine kidney (MDCK) клетках, растущих в трехмерной тканевой культуре. Эти клетки обладают эпителиальными характеристиками в тканевой культуре и может быть индуцированы к потере, а затем к повторному приобретению эпителиальной полярности при использовании переключения низкий-высокий Ca²⁺ (Suzuki et al. 2001). Будучи деполяризованными, MDCK клетки обнаруживают удивительную способность самоорганизации в сложные трехмерные структуры, (напр., кисты и трубки), когда растут на плотной подложке, такой как матригель или коллаген (Mostov et al. 2003; Zegers et al. 2003). Эти клетки, получают свои инициальные сигналы полярности от плотной подложки, вдоль которой они формируют базальную поверхность (Fig. 2C,D). Это сопровождается экспрессией E-cadherin на межклеточных интерфейсах и поляризованным нацеливанием вакуолей и апикальных белков на будущую апикальную поверхность, приводя к формированию центрального просвета, выстланного с помощью апикальной поверхности (Fig. 2D,E). Образование кист in vitro т.о. напоминает процесс прогрессивной эпителизации и образования пустот, наблюдаемых в нервной трубке рыбок данио и при вторичной нейруляции у амниот (Schoenwolf & Delongo 1980; Lowery & Sive 2004; Hong & Brewster 2006).

Интересно, что, будучи обработаны соотв. факторами (напр., hepatocyte growth factor), клетки кист могут временно терять свою полярность (становиться частично поляризованными или неполяризованными), вытягиваться в трубочки, делиться и затем повторно приобретать полярность путем поляризованной секреции белков и вакуолей. Последующее слияние апикальных вакуоле может приводить к образованию центрального просвета (Mostov et al. 2003; Zegers et al. 2003). Продолжение этого процесса может давать простые и разветвленные трубки, связанные с генерацией многих типов органов (Fig. 2E,F) (Ewald et al. 2008).

BMP signaling, apicobasal polarity and neural tube closure

Модуляции апикобазальной полярности используются при первичной нейруляции, где плоские слои эпителия скатываются в нервную трубку. Ключевым событием при таком типе формирования трубки является индукция шарнирных точек, которые помогают прогибаться эпителиальной пластинке, как это описывается при первичной нейруляции (Pilot & Lecuit 2005). Как при тканевом ремоделировании, наблюдаемом во время конвергентного удлинения, этот процесс нуждается с поляризованных модификациях клеточных соединений, клеточного цитоскелета, эндоцитоза и ходя клеточного цикла (Colas & Schoenwolf 2001; Eom et al. 2011; Nishimura et al. 2012; Suzuki et al. 2012). Интересно, что многие из этих процессов регулируются с помощью bone morphogenetic proteins (BMPs).

Основной сигнальный каскад, запускаемый с помощью BMP лигандов, хорошо охарактеризован (Massague & Wotton 2000). BMP лиганды инициируют передачу сигналов, соединяясь с типа I и типа II рецепторами serine threonine kinases. После связывания лиганда типа II рецепторы фосфорилируют типа 1 рецепторы. Типа I рецепторы фосфорилируют receptor-SMADs (SMAD1, 5 or 8), которые соединяются с co-SMAD, SMAD4. Smads затем транслоцируются в ядро и регулируют транскрипцию BMP-зависимых генов (Miyazono et al. 2010).

Хотя передача сигналов BMP, как было установлено ранее, участвует в спецификации судеб нейральных клеток позвоночных и в нейральной индукции, новая роль передачи сигналов BMP в тканевом морфогенезе, напр., при гаструляции рыбок данио, в крыльях Drosophila и в NTC амнот, обнаружена недавно (Teleman et al. 2001; Martin-Castellanos & Edgar 2002; Gibson & Perrimon 2005; Liu & Niswander 2005; Shen & Dahmann 2005; von der Hardt et al. 2007; Eom et al. 2011, 2012). Множественные мутанты пути BMP (Bmp2-/-, Bmp2+/-; BmpR1A кондиционные нокауты, Noggin-/-, Bmp5-/-; Bmp7-/- и Smad5-/-) обнаруживают NTDs, хотя лежащие в основе клеточные причины только начинают выясняться (McMahon et al. 1998; Chang et al. 1999; Solloway & Robertson 1999; Stottmann et al. 2006; Ybot-Gonzalez et al. 2007; Castranio & Mishina 2009; Stottmann & Klingensmith 2011).

Базируясь на экспрессии pSMAD 1,5,8, передача сигналов BMP происходит в нервной пластинке, поверхностной эктодерме и подлежащей головной мезенхиме. Соотв. анализ мутантов показывает, что этит путь, скорее всего, вносит множественные вклады в NTC, поэтому их роль в формировании шарнирных точек изучалась наиболее активно (Stottmann et al. 2006; Ybot-Gonzalez et al. 2007; Castranio & Mishina 2009; Eom et al. 2011, 2012). Эти исследования показали, что ослабление BMP является критически необходимым в нервной пластинке для образования MHP и DLHP у птиц, а также у мышей (Fig. 3A-C).

Усиление передачи сигналов BMP у Noggin^-/- мышей коррелирует с отсутствием DLHP в верхней части спинного мозга (Stottmann et al. 2006; Ybot-Gonzalez et al. 2007). Напротив, снижение передачи сигналов BMP у Bmp2^-/- нокаутов ведет к преждевременному и преувеличенному изгибанию в дорсальной части нервной трубки (Ybot-Gonzalez et al. 2007). Фокальные in vivo манипуляции с BMP в нервной пластинке эмбрионов кур подтверждает эти результаты, при этом ослабление BMP ведет к углублению эндогенных MHP и индукции эктопических шарнирных точек в латеральной части нервной пластинки (Fig. 3A,B). Фокальное усиление активности BMP предупреждает образование MHP, приводя к тому, что в плоской нервной пластинке складки не возвышаются или не сливаются поперек дорсальной срединной линии (Fig. 3C,C') (Eom et al. 2011, 2012).

Исследование клеточного поведения эктопических шарнирных точкек показало, что ослабление BMP может индуцировать апикальные сужения и приводить ядра в более базальное положение, в точности так, как это наблюдается в эндогенных шарнирных точках (Fig. 3A-C') (Eom et al. 2011, 2012). Эти исследования показали, что передача сигналов BMP контролирует поляризованное поведение MHP путем взаимодействия с белками апикобазальной полярности. Они предоставили первые доказательства для зависимых от лиганда взаимодействий между фосфорилированными (p) версиями белков SMAD 1,5,8 и PAR комплексами (Fig. 3G) (Eom et al. 2011).

Принципиальная функция ассоциаций PAR комплексы с pSMAD 1,5,8, по-видимому, связана со стабилизацией апикобазальной эпителиальной организации в нервной пластинке. Как результат низкие уровни BMP, такие как те, что наблюдаются в MHP во время NTC, дают в результате неустойчивые апикальные соединения. В условиях низкого содержания BMP белки соединений (напр., PAR комплекс, NCAD) удаляются из апикального компартмента посредством эндоцитоза в цитоплазму, тогда как базолатеральные белки, подобные LGL, движутся в апикальный компартмент. Это безусловно важный компонент формирования шарнирных точек, поскольку непосредственная апикальная неправильная экспрессия LGL достаточна, чтобы индуцировать эктопические шарнирные точки в латеральной нервной пластинке. Эти шарнирные точки неразличимы от тех, что индуцируются с помощью ослабления BMP и подтверждают, что BMPs регулируют образование шарнирных точек посредством пути апикобазальной полярности. Интересно, что эндоцитотическое удаление апикальных мембран путем ослабления BMP может частично объяснить апикальные сужения, наблюдаемые в точках перегибов (hinge) как это описано в Xenopus bottle клетках во время гаструляции (Lee & Harland 2010).

Поскольку передача сигналов BMP поддерживает организацию нейрального эпителия путем стабилизации апикальных соединений, то неудивительно, что устойчивая блокада BMP приводит в дезорганизованному нейральному эпителию и часто к эпителиально-мезенхимному переходу. Т.о., блокада BMP может заставлять нервные клетки или отслаиваться в просвет или спонтанно перестраиваться, чтобы сформировать розетки или кисты, содержащие центральный просвет, выстланный PAR3 и митотическими клетками (Eom et al. 2012). Как поддерживается подобная целостность нейрального эпителия во время формирования шарнирных точек (перегибов)? Ответ на этот вопрос лежит в необычном двумерном расположении, в клеточном цикле, зависящем от градиента экспрессии pSMAD 1,5,8 в нервной пластинке (Fig. 3A). Градиент pSMAD 1,5,8 распространяется вдоль медиолатеральной оси нервной пластинки, продуцируя низкие уровни передачи сигналов BMP в MHP. Ортогональный, пространственно-временной градиент pSMAD 1,5,8 наблюдается и вдоль апикобазальной оси и модулируется одновременно с ходом клеточного цикла. Митотические клетки вдоль апикальной поверхности экспрессируют высокие уровни pSMAD 1,5,8, тогда как низкие уровни передачи сигналов BMP экспрессируются во время интерфазы (Eom et al. 2011). Т.о., клетки, переносят модуляцию pSMAD 1,5,8 в ходе клеточного цикла. Поскольку ход клеточного цикла в нервной пластинке происходит асинхронно, то клетки испытавшие воздействие высоких уровней pSMAD 1,5,8 оказываются рядом с теми, на которые воздействовали низкие уровни. Такого типа модуляции pSMAD 1,5,8 могут динамически проводить клетки через различные состояния полярности, индуцируя временные зависимые от клеточного цикла изменения формы клеток в субнаборах клеток, тогда как их соседи будут сохранять эпителиальную целостность. Низкие уровни pSMAD 1,5,8 в MHP, возникающие в результате ортогонального латерально-медиального градиента гарантируют, что MHP клетки будут обладать более значительным эпителиальным динамизмом, чем более латеральные клетки нервной пластинки. Это облегчает образование точек вращения или шарнир, с помощью которого нервная пластинка может гнуться и приподниматься (Fig. 3A).

Изменения клеточной формы происходят по всей нервной пластинке во время NTC , а не только в шарнирных точках. Двухмерный градиент pSMAD 1,5,8 может служить в качестве молекулярного субстрата для скоординированных динамических модуляций полярности и клеточного поведения на всю ширину и глубину складки нервной пластинки. Это отражается в присутствии частично поляризованных клеток, которые появляются вдоль всей медиолатеральной оси нервной пластинки. Такие клетки обладают апикальными LGL белками, снижением апикальных PAR3 и повышением PAR3 в цитоплазме и характеризуются как частично поляризованные, поскольку они сохраняют свои апикальный и дорсальный отростки и подвергаются интеркинетической миграции ядер. Интересно, что количества частично поляризованных клеток наивысшие вентральнее срединной линии, где передача сигналов BMP наинизшая и где образуются MHP. Их количества снижаются в медиально-латеральном направлении одновременно с прогрессивным медио-латеральным увеличением передачи сигналов BMP (Fig. 3A). Эти результаты указывают на то, что прогрессивная эпителизация во время NTC может не только происходить у рыб и лягушек, но и также, скорее всего, быть свойством нейрального эпителия амниот во время NTC (Aaku-Saraste et al. 1996; Papan & Campos-Ortega 1999; Geldmacher-Voss et al. 2003; Hong & Brewster 2006; Yang et al. 2009; Eom et al. 2011). Гибкость, придаваемая частично поляризованному нейральному эпителию может быть приспособлена к двум нуждам нервной пластинки, быть достаточно жесткой, чтобы осуществлять связанные морфогенетические перемещения, и одновременно достаточно гибкой, чтобы менять форму и позицию так, что нервная пластинки может быть трансформирована в нервную трубку.

Coordination of planar cell polarity and apicobasal polarity mechanisms in neural tube closure

Т.к. эндоцитоз, по-видимому, используется при апикальном сужении клеток шарнирных точек, при этом используются также модуляции поляризованного цитоскелета, которые сужают полоски слипания (Suzuki et al. 2012). Роль ремоделирования актина в образовании клинообразных клеток дискуссионна, предлагаются альтернативные механизмы разными исследованиями ([Schoenwolf et al. 1988]; reviewed in Schoenwolf & Smith 1990; Wallingford 2005). Однако большая часть доказательств свидельствует в пользу критической роли контракций поляризованного актомиозина при апикальных сужениях (Karfunkel 1972; Linville & Shepard 1972; Schoenwolf et al. 1988; van Straaten et al. 2002; Suzuki et al. 2012). Эти исследования показали, что образуются комплексы немышечного myosin II с апикальным актиновым пояском (Ferreira & Hilfer 1993; Nishimura & Takeichi 2008). Фосфорилирование myosin regulatory light chains (pMLC) с помощью апикальной Rho Kinase (ROCK), ведет к активации миозина и уменьшению размеров поясков слипчивости. Интересно, что каркасные белки слипчивых соединений, Shroom 3, рекрутируют ROCK в слипчивые соединения (Hildebrand 2005; Nishimura & Takeichi 2008). Как результат нарушения Shroom 3 или myosin предупреждают апикальные сужения и ведут к неспособности закрытия нервной трубки (Hildebrand & Soriano 1999; Haigo et al. 2003; Lee et al. 2007; Kinoshita et al. 2008; Nishimura & Takeichi 2008; Rolo et al. 2009).

Интересно, что недавние исследования показали, что pMLC и F-actin распределяются асимметрично в слипчивых соединениях клеток нервной пластинки, так что толстые канатики распределяются асимметрично в слипчивых соединениях клеток нервной пластинки, так что толстые канатики актомиозина идут медиолатерально вдоль апикальной поверхности нервной пластинки (Nishimura et al. 2012). Celsr1, атипичный кадгерин PCP пути также значительном количестве концентрируется вдоль этих полос актомиозина. Celsr1 кооперирует с др. компонентами пути PCP, чтобы активировать RhoA поляризованным образом, вызывая планарные поляризованные сокращения актомиозина. Это гарантирует, что апикальные сужения и конвергентное удлинение происходят скоординированным образом, чтобы обеспечить планарно поляризованное изгибание нервной пластинки (Fig. 4A,B) (Nishimura et al. 2012; Sullivan-Brown & Goldstein 2012).

Cell cycle progression and neural tube closure

Одна из причин сомнений в важности ремоделирования актина для образования клиновидных клеток в шарнирных точках связана с биполярной природой нейральных предшественников и их интеркинетической миграцией ядер (Sauer 1935; Schoenwolf & Smith 1990). Как биполярная клетка может сужаться апикально? Связано ли это с сужением его уже тонкого апикального отростка, сужающего апикальную поверхность апикально расположенных митотических клеток или с динамикой клеточного цикла? Поскольку ядро и тело клетки составляют большую часть биполярной клетки нейрона, то уменьшение апикальной поверхности нервной пластинки может быть просто связано с зависимым от клеточного цикла исключением ядра или тела с апикальной поверхности (Fig. 4C,D). В самом деле, scanning electron microscopy (SEM) изображения показывают, что т.наз. клинообразные клетки, которые составляют приблизительно 70% от всех клеток MHP в каждый момент времени, имеют клеточные тела, примыкающие базальным краем к нервной пластинке (Fig. 4D) (Smith & Schoenwolf 1987).

Согласно представленному выше мнению клетки. становящиеся клиновидными в MHP , скорее всего, являются следствием динамики клеточного цикла, где любой механизм, который удлиняет клеточный цикл, увеличивает фазы G1, G2 или S или уменьшает продолжительность митоза, д. приводить к уменьшению области апикальной поверхности. В самом деле, клетки в MHP обнаруживают более продолжительный клеточный цикл по сравнению с клетками латеральной части нервной пластинки, проводя непропорционально большую часть своего клеточного цикла в основании нервной пластинки, или в S или G2 фазе (Smith & Schoenwolf 1987, 1988). Наши наблюдения подтвердили, что блокада BMP может удлинять клеточный цикл в эктопических шарнирных точках и увеличивать продолжительность времени, проведенного в основании нервной пластинки (Eom et al., unpubl. obs., 2012). Т.о., передача сигналов BMP может принимать участие в регуляции ремоделирования апикобазальных соединений и в ходе клеточного цикла в нервной пластинке, образующей складки.

Эти данные подтверждают, что в дополнение к PCP, вызываемой ремоделированием соединений, интеркинетическая миграция ядер и динамика клеточного цикла также могут вносить критический вклад в апикальные сужения и NTC (Norden et al. 2009; Kosodo et al. 2011; Spear & Erickson 2012a,b). Поэтому любая будущая модель, которая объясняет координацию между планарными и апикобазальными событиями во время NTC д. будет учитывать динамику прихода и ухода митотических клеток на и из апикальной поверхности. Это будет происходить с более медленной скоростью в MHP, где приблизительно две трети ядер от всех клеток располагаются базально и только немногие митотические клетки обнаруживаются на апикальной поверхности в данное время. Т.о., PCP-зависимое эпителиальное ремоделирование в MHP д. будет происходить в основном вдоль апикальных отростков нервных предшественников, а не митотических клеток.

Apicobasal polarity and neural tube closure Dae Seok Eom, Smita Amarnath, Seema Agarwala Development, Growth & Differentiation Special Issue: THE AVIAN MODEL SYSTEM EDITED BY R. LADHER, T. SUZUKI AND H. NAKAMURA Volume 55, Issue 1, pages 164–172, January 2013

Apicobasal polarity and neural tube closure
Dae Seok Eom, Smita Amarnath, Seema Agarwala
Development, Growth & Differentiation Special Issue: THE AVIAN MODEL SYSTEM EDITED BY R. LADHER, T. SUZUKI AND H. NAKAMURA Volume 55, Issue 1, pages 164–172, January 2013