Во время развития задний мозг позвоночных временно подразделяется на серию клонально ограниченных сегментов, наз. ромбомерами, благодаря экспрессии разных транскрипционных факторов. Отметим, что формирование передне-заднего паттерна и сегментация заднего мозга являются критическими для соотв. спецификации типов нейрональных клеток [1-5]. Прирожденные характеристики каждого сегмента заднего мозга регулируются гомеобоксными транскрипционными факторами семейства Hox, передние границы экспрессии которых в точности коррелируют с границами ромбомеров [6-18]. Правильный набор hox генов, экспрессируемых внутри каждого сегмента заднего мозга специфицирует качественные особенности клеток внутри сегмента путем активации региональной экспрессии молекул клеточной миграции и наведения аксонов. Блокирование функций Hox белков или их Pbx (Pre-B cell leukemia) и Meis (Myeloid ecotropic virus integration site) кофакторов в заднем мозге ведет к изменениям качественных характеристик ромбомеров и к соотв. дефектам миграции краниальных двигательных нейронов и наведения аксонов [6,17,19-21].

Производное витамина А морфоген retinoic acid (RA) регулирует формирование передне-заднего паттерна нервной трубки, включая предопределение региональных характеристик сегментов заднего мозга [22-28]. Напр., дефицитные по витамину А эмбрионы перепела лишены задних ромбомеров r4-r8 [24,25]. Поддержание точного уровня ретиноевой кислоты является критическим, при этом увеличенные уровни, как известно, приводят к тератогенным дефектам переднего мозга, сердца и глаз [24,29]. В заднем мозге дефекты сегментации, ассоциируемые с изменениями в ретиноевой кислоте, приписываются альтерациям в экспрессии hox генов [9,27,30-33]. Напр., увеличение уровней ретиноевой кислоты вызывает экспансию экспрессии hox-4, характерного для задней части заднего мозга [31,32], тогда как недостаток ретиноевой кислоты вызывает потерю эмбрионами доменов экспрессии hox-1, hox-3 и hox-4 паралогов [16,17,26,28].

Региональная специфичность передачи сигналов ретиноевой кислоты достигается частично посредством ограничения доменов Retinaldehyde dehydrogenase proteins (Raldh, кодируемых семейством генов aldh1a), энзимов, которые катализируют скорость ограничивающую ступень синтеза RA [34,35]. Фармакологическая блокада активности Raldh с использованием diethylaminobenzaldehyde (DEAB) ведет к устранению задней части заднего мозга, фенотипу, который очень напоминает таковой при дефиците витамина А у перепела [26,36]. Семейство heme-thiolate cytochrome p450 type 26 энзимов (cyp26a1/b1/c1) гидроксилирует RA, модификация, которая нацеливает её на деградацию [37,38]. Передний, средний мозг и передняя часть заднего мозга экспрессируют гены cyp26, тем самым блокируя передачу сигналов RA в этих регионах [39-43]. Комбинированная активность экспрессируемых в задней части aldh1a со специфичными для передней части cyp26 генами создает строго определенную зону передачи сигналов RA внутри презумптивного заднего мозга. Активность RA обеспечивается внутри клеток с помощью двух семейств ядерных рецепторов, retinoid-X-receptor (RXR) и retinoic acid receptor (RAR) [44-46]. Связанные с лигандом гетеродимерные RXR:RAR комплексы активируют транскрипцию генов, содержащих retinoic acid response elements (RAREs). Анализ консервативных не кодирующих элементов, окружающих hox-1 и hox-4 паралоги идентифицировал RAREs, которые существенны для специфичной для ромбомеров экспрессии hox-1/hox-4 генов в заднем мозге [11,31,34,47,48]. В подтверждение, альтерации уровней RA приводят к выраженным дефектам доменов экспрессии генов hox-1 и hox-4 [11,31,34,47,48].

Хотя роль и потребность в генах метаболизма ретиноевой кислоты во время эмбриогенеза активно исследовалась, факторы, действующие, чтобы инициировать и поддерживать экспрессию генов метаболизма RA, остаются в основном неизвестными. У позвоночных транскрипционные факторы семейства Zic (Zinc Finger of the Cerebellum) динамически экспрессируются в частично перекрывающихся регионах нервной трубки, указывая на их участие в нейральном развитии. Недавние доказательства подтвердили связь между Zic транскрипционными факторами и путем передачи сигналов ретиноевой кислоты. Maurus et al. продемонстрировали, что потеря у рыбок данио Zic1 вызывает снижение в презумптивном переднем мозге экспрессии cyp26a1 и увеличение передачи сигналов RA, как показывает RARE:eGFP transgenics [49]. Далее, мутации у человека ZIC2 приводят к holoprosencephaly (HPE), дефекту переднего мозга, при котором полушарии головного мозга неспособны разделяться во время развития [50,51], а фенотипы HPE оказались связанными с аберрантной передачей сигналов RA, тем самым выявляется правдоподобная связь между Zic2 и метаболизмом ретиноевой кислоты [29,36,52,53]. Базируясь на этих наблюдениях мы проверяли гипотезу, что транскрипционные факторы Zic играют ключевую роль в инициации и поддержании экспрессии генов метаболизма RA во время эмбриогенеза рыбок данио. Итак, мы исследовали роль zic транскрипционных факторов в регуляции уровней ретиноевой кислоты и в дифференцировке краниальных двигательных нейронов. Истощение рыбок данио по Zic2a и Zic2b приводило к сильному подавлению экспрессии aldh1a2 и к соотв. редукции активности зависимого от ретиноидов трансгена. Фенотип двигательного нейрона вагуса, вызываемый потерей Zic2a/2b, воспроизводил таковой при истощении Aldh1a2 и он устранялся при добавлении экзогенной ретиноевой кислоты.

Полученные данные демонстрируют, что zic2 гены рыбок данио действуют выше метаболизма ретиноевой кислоты и указывают на новое регуляционное взаимодействие между Zic2a и Zic2b транскрипционными факторами и RA-синтезирующим геном aldh1a2. Далее мы показали, что передача сигналов Zic2 генов необходима для собственно формирования паттерна заднего мозга.