Члены семейства Hedgehog (Hh) секретируемых белков управляют чрезвычайно разнообразными онтогенетическими событиями, действуя как межклеточные сигналы. Наиболее охарактеризованный Hh сигнальный белок, Sonic hedgehog (Shh), экспрессируется в разных органах и играет ключевую роль в регуляции пролиферации клеток и детерминации клеточных судеб (Roberts et al., 1995; Tabin and McMahon, 1997; Sukegawa et al., 2000). Shh соединяется с 12-раз пронизывающим трансмембранным рецептором Patched (Ptc; Marigo et al., 1996; Fuse et al., 1999). Это соединение лиганд-рецептор уменьшает Ptc-обусловленное ингибирование активности Smoothened (Smo), второго многократно пересекающего мембрану белка, приводя в результате к активации Shh генов мишеней, таких как bone morphogenetic protein-4 (BMP-4; Roberts et al., 1995; Sukegawa et al., 2000; van den Brink, 2007). Ptc также является транскрипционной мишенью для передачи сигналов Hh и участвует в негативной петле обратной связи, чтобы ограничивать размах действия Hh action (Ingham, 1998; van den Brink, 2007). Внутриклеточная передача сигналов нижестоящего Smo обеспечивается с помощью др. белков, таких как Fused kinase (Fu; Lees et al., 2005; van den Brink, 2007; Parkin and Ingham, 2008), приводя к активации транскрипционных факторов Glis, которые, в свою очередь, активируют транскрипцию Hh генов мишеней (Sasaki et al., 1997, 1999; Ruiz i Altaba, 1998, 1999; Villavicencio et al., 2000). Идентифицированы некоторые чувствительные к Hh гены (Katoh and Katoh, 2009). Среди них Ptc-1 и Gli1, указывающие на существование петли обратной связи в этом сигнальном пути (Lee et al., 1997; Ingham, 1998; Takabatake et al., 2000; Agren et al., 2004; van den Brink, 2007; Katoh and Katoh, 2009). С др. стороны эффект Hh на экспрессию Gli2 и Gli3 сильно варьирует среди разных органов и у разных видов животных (Ruiz i Altaba, 1998; Borycki et al., 2000; Nguyen et al., 2005; Liu et al., 2007; Katoh and Katoh, 2009; Yakushiji et al., 2009), а транскрипционный контроль гена Smo в основном неизвестен.

Shh важен для ремоделирования кишечника при переходе от личиночной к взрослой стадии во время метаморфоза Xenopus laevis (Stolow and Shi, 1995; Ishizuya-Oka et al., 2006). В кишечнике X. laevis во время метаморфоза личиночные эпителиальные клетки удаляются с помощью апоптоза и в ответ быстро пролиферируют стволовые клетки и клетки предшественники и дифференцируются во взрослый абсорбтивный эпителий, аналогичный таковому у млекопитающих (for reviews, see Shi and Ishizuya-Oka, 1996; Ishizuya-Oka, 2007). Как и все остальные процессы во время метаморфоза, ремоделирование кишечника контролируется с помощью тироидного гормона (TH; Dodd and Dodd, 1976; Shi, 1999). Изолировано несколько генов, чувствительные к TH, в кишечнике X. laevis (Shi and Brown, 1993; Buchholz et al., 2007) при изучении молекулярных основ такого личиночно-взрослого ремоделирования. Shh был также идентифицирован как один из таких генов и показано, что он является непосредственной мишенью для TH (Stolow and Shi, 1995). Ранее мы показали, что специфичная для эпителия экспрессия Shh прекрасно совпадает с активной пролиферацией клеток предшественников взрослого эпителия во время кульминации метаморфоза (Ishizuya-Oka et al., 2001b; Hasebe et al., 2008), и важно, что Shh индуцирует специфичную для соединительной ткани экспрессию BMP-4, которая в свою очередь способствует дифференцировке эпителия взрослых (Ishizuya-Oka et al., 2006). Т.о., Shh играет жизненно важную роль в развитии эпителия взрослых. Однако, как действует Shh в этом процессе оставалось неизвестным.

В данном исследовании, чтобы определить, участвуют ли и как компоненты передачи сигналов Shh в метаморфозе кишечника, мы анализировали экспрессию некоторых ключевых игроков этого сигнального пути, т.e., Ptc-1, Smo, Gli1, Gli2 и Gli3, с помощью real-time RT-PCR и гибридизации in situ. Мы установили, что их экспрессия является специфической для мезенхимной ткани и активируется в кишечнике X. laevis во время естественного и индуцированного TH метаморфоза. Кроме того, с помощью экспериментов с органной культурой мы продемонстрировали, что экзогенный Shh может усиливать экспрессию этих генов даже в отсутствие TH. Эти результаты указывают на то, что TH индуцирует передачу сигналов Shh, которая, в свою очередь, далее активирует экспрессию компонентов этого пути, чтобы усиливать его функцию во время ремоделирования кишечника при переходе от личиночной к взрослой стадии.

Интересно, что в присутствии ингибиторов синтеза белка, Gli2, но не др., but индуцировался с помощью TH, это указывает на то, что Gli2 является непосредственным геном, отвечающим на TH, тогда как др., по-видимому, реагируют косвенно. Более того, мы продемонстрировали с помощью культуры органов, что избыточная экспрессия Shh усиливает экспрессию Ptc-1, Smo и Glis даже в отсутствие TH, указывая тем самым, что Shh регулирует компоненты своего собственного пути во время ремоделирования кишечника.