Молекулярные механизмы, которые регулируют специфкацию OPCs (напр. Olig, Nkx и Sox гены), начинают выясняться (rev. Guillemot, 2007; Wegner, 2008). Олигодендроциты возникают из нейральных предшественников, расположенных вдоль множественых уровней DV оси (Vallstedt et al., 2005; Kessaris et al., 2006). Т.о., эти предшественники, наделенные определенными позиционными характеристиками, которые могут взаимодействовать с путями спецификации OPC, чтобы регулировать аспекты их развития, такие как время их появления. Наши результаты показали, что Gsx2, который, как известно, регулирует формирование DV паттерна в латеральных частях телэнцефалона (Corbin et al., 2000; Toresson et al., 2000; Yun et al., 2001; Waclaw et al., 2009) также контролируют время спецификации OPC в предшественнриках LGE. В частности очевидно, что Gsx2 д. быть подавлен в предшественниках LGE для прогрессирования клонов в направлении OPC и в конечном итоге генерации олигодендроцитов.

В мутантном Gsx2 телэнцефалоне обнаруживается экспансия ветральных характеристик головного мозга в LGE, это соотв. ведет к увелчению вентральных pallial-происходящих латеральных amygdala проекционных нейронов и к сопутствующей редукции происходящих из dLGE промежуточных нейронов обонятельной луковицы и amygdala (Stenman et al., 2003; Waclaw et al., 2010). Эта экспансия дорсальных телэнцефалических характеристик у Gsx2 мутантов, однако, не не заключала в себе целиком и не респецифицировала весь LGE. Граница между pallial и subpallial, по-видимому, устанавливается повторно в более вентральном положении, а на более поздних стадиях молекулярные характеристики LGE, по крайней мере, частично восстанавливаются (Toresson and Campbell, 2001; Yun et al., 2003). Однако прежде, чем произойдет это восстановление предшественники у мутантном dLGE в основном лишены нейрогенной программы (e.g. Ascl1, Dlx and Sp8) и вместо этого экспрессируют маркеры спецификации OPC (напр. Olig2 и Pdgfrα). Это подтверждает, что в отсутствие гена Gsx функция мутантных предшественников dLGE VZ обнаруживат склонность генерировать потомство в виде олигодендроцитов, чем нейронов.

Поскольку OPCs, по-видимому, начинают специфицироваться в VZ, они затем обычно переходят в SVZ и mantle регионы благодаря своей способности к миграции (Woodruff et al., 2001). Соответственно, если мы исследуем Gsx2 мутантные LGEs на ст. E15, времени, когда молекулярные характеристики мутантного LGE начинают восстанавливаться, то мы находим значительное увеличение Olig2-позитивных клеток на месте обычных Sp8-экспрессирующих нейробластов в SVZ в dLGE. Эти эктопические Olig2 клетки также экспрессируют Pdgfrα и выглядят как OPCs и, по-видимому, возникают из VZ до молекулярного восстановления dLGE. Интересно, что они не увеличиваются в числе в герминальных регионах на более поздних стадиях эмбриогенеза (e.g. E18.5), когда Sp8-экспрессирующие нейробласты начинают повторно заселять dLGE. Это предположительно результат обеспечиваемого Gsx1 и Ascl1/Dlx восстановления характеристик LGE (Toresson and Campbell, 2001; Yun et al., 2003; Wang et al., 2009), это, по-видимому, восстанавливает нейрогенез и останавливает эктопическую спецификацию OPC. Не смотря на эту кажущуюся нормализацию предшественников в VZ , они временно генерируют Gsx2-производные OPCs, которые мигрируют из SVZ в соседнюю кору головного мозга и увеличиваются в числе. Эти находки показывают, что OPCs, обнаруживаемые в Gsx2 мутантных dLGE в самом деле происходят из предшественников, экспрессирующих Gsx2, и что их временная неправилная спецификация на ст. E15.5 ведет к существенному увеличению количества OPC в соседней коре головного мозга при рождении.

В комплементарных экспериментах мы нашли, что избыточная экспрессия Gsx2 в ранних предшественниках телэнцефалона со ст. E15 и далее вызывает существенное уменьшение количества OPCs в коре головного мозга, сопровождаемое усилением активности нейрогенных факторов Ascl1 и Dlx белков. Интересно, что ни одна из клеток, экспрессирующая трансген Gsx2 не обнаруживала одновеменно экспрессию какого-либо из маркеров OPC. Это указывает на то, что небольшое количество OPCs, присутсвующих у эмбрионов с избыточной экспрессией, были, по-видимому, сгенерированы до неправильной экспрессии Gsx2 (~E15) и происходят из MGE (Kessaris et al., 2006). Эти результаты согласуются с исследованиями потери функции, показавшими, что Gsx2 негативно регулирует спецификацию OPCs в предшественниках в LGE (Corbin et al., 2003) (present findings). Более того, эти результаты подтверждают, что подавление Gsx2 в LGE предшественниках понуждает к переходу от нейрональной к олигодендроглиальной спецификации.

Как мы наблюдали ранее (Waclaw et al., 2009; Pei et al., 2011), эктопическая экспрессия Gsx2 со ст. E13 и далее способствует спецификации dLGE (т.e. Sp8), а не vLGE (т.e. Isl1) нейрональной судьбы. Это также наблюдалось при нашей эктопической экспрессии со ст. E15, подтверждая, что любая поздняя эктопическая экспрессия Gsx2 (т.e. E13 and on) будет способствовать dLGE в противовес нейрогенезу vLGE. Т.о., возможно, что негативная регуляция спецификации OPC, обусловленная Gsx2 будет просто обусловлена его строгим эффектом, способствующим выбору нейрональной судьбы (посредством Ascl1 и Dlx факторов). Однако остается также возможность. что Gsx2 репрессирует аспекты спецификации OPC непосредственно. Corbin et al. (Corbin et al., 2003) ранее показали, что экспрессия Pdgfra усиливается внутри VZ в MGE и LGE у Gsx2 мутантов. Это усиление активности Pdgfrα сохраняется в LGE VZ даже на ст. E18.5 (Fig. 3G), когда эктопические OPCs больше не присутствуют в dLGE SVZ. Фактически, очевидно, что потеря Gsx2 всегда ведет к увеличению экспрессии в VZ Pdgfrα, даже если фенотип OPC отсутствует. Сходным образом рекомбинация Olig2cre, которая удаляет Gsx2 в vLGE, показывает увеличение Pdgfrα особенно внутри VZ в vLGE, несмотря на тот факт, что количества кортикальных OPC не отличается от контроля. Т.о., Gsx2 может непосредственно репрессировать экспрессию Pdgfra. Эта эктопическая экспрессия Pdgfrα в VZ мутантов Gsx2 недостаточна для обеспечения программы полной спецификации OPCs; однако она увеличивается при комбинации с потерей факторов, необходимых для нейрогенеза (напр. Ascl1 и Dlx белков), по-видимому, это вносит вклад респецификацию dLGE предшественников в направлении OPCs.

Хорошо известно, что дефекты формирования паттерна у Gsx2 мутантов ограничены LGE потомками, несмотря на экспрессию Gsx2, хотя и на более низком уровне, в MGE (Corbin et al., 2000; Toresson et al., 2000; Yun et al., 2001). В соответствии с этим, мы не наблюдали каких-либо изменений в происходящих из MGE OPCs, это находится в контрасте с тем, что наблюдается у мутантов Dlx1/2 (Petryniak et al., 2007) и Ascl1 (Parras et al., 2007). Хотя эти онтогенетические регуляторы находятся ниже Gsx2, мутанты Dlx1/2 обнаруживают достоверное увеличение OPCs в MGE, тогда как мутанты Ascl1 обнаруживают их снижение в регионе телэнцефалона. Отметим, что Petryniak et al. (Petryniak et al., 2007) установили, что потеря и Ascl1и Dlx1/2 ведет к увеличению генерации OPC в др. вентральных регионах телэнцефалона, таких как LGE и caudal ganglionic eminence (CGE). Это согласуется с нашими результатами, поскольку Gsx2 мутанты, как известно, лишены экспрессии генов Ascl и Dlx в мутантном dLGE вплоть до ст. E15 (Corbin et al., 2000; Toresson et al., 2000; Toresson and Campbell, 2001; Yun et al., 2001; Yun et al., 2003). Т.о., потеря обих этих факторов у мутантов Gsx2 может быть основной причиной респецификации dLGE предшественников в направлении OPC судьбы. Более того, эктопическая экспрессия Gsx2, как было установлено, усиливает активность Ascl1 и Dlx белков во всем телэнцефалоне, эффективно способствуя выбору нейрональной судьбы (т.e. Sp8) и ограничивая спецификацию OPC. Т.о., в дополнение к хорошо известной роли Gsx2 в регуляции формирования DV паттерна, он также, по-видимому, репрессирует спецификацию OPC и поэтому играет важную роль в контроле времени LGE олигодендрогенеза. Сходные механизмы, скорее всего, используются на многих уровнях нейральной оси для упорядоченной регуляции нейрональной специкации в противоложность глиальной. Фактически, Pax6, др. фактор, участвующий в регуляции формирования DV паттерна, по-видимому, регулирует время глиальной спецификации в спинном мозге (Sugimori et al., 2007). Это исследование продемонстрировало, что вместе с Ascl1, Pax6 способствует нейрогенезу, но в отсутствие Pax6, факторы Olig2 и Nkx2.2 кооперируют с Ascl1, чтобы способствовать преждевременной спецификации OPC в развивающемся спинном мозге.

Хотя Kessaris et al. (Kessaris et al., 2006) показали, что LGE-производные OPCs впервые появляются на pallial-subpallial границе приблизительно на ст. E15, правда они не определили, возникают ли эти OPCs одновременно из vLGE и dLGE. В отличие от dLGE, Gsx2 обычно начинает подавляться в vLGE уже со ст. E12-13 (Waclaw et al., 2009). Т.о., очень возможно, что происходящие из LGE OPCs сначала генерируются vLGE предшественниками у контрольных животных. dLGE, по-видимому, в основном связан с нейрогенезом (давая около 20% от всех промежуточных нейронов обонятельных луковиц) во время эмбриогенеза (Hinds, 1968; Bayer, 1983). Более того, dLGE, как полагают, в конечном итоге дает существенную пропорцию постнатальной SVZ (Stenman et al., 2003), а экспрессия Gsx2 в этой структуре сильно снижена по сравнению с наблюдаемой у эмбрионов (Parmar et al., 2003). Такое постнатальное подавление Gsx2 коррелирует со взрывной генерацией OPC из постнатального SVZ (Levison and Goldman, 1993; Luskin and McDermott, 1994). Т.о., dLGE-производные клетки SVZ не являются обычно переходом к глиогенным предшественникам вплоть до подавления Gsx2 в какой-то момент после рождения. Во всяком случае наши данные показывают, что потеря Gsx2 ведет к преждевременной спецификации OPC из dLGE предшественников, это в конечном итоге ведет к увеличению числа этих глиогенных предшественнкиов в соседней коре.

Мы исследовали двойных мутантов Gsx2; Ascl1, чтобы определить, какова роль Ascl1 в генерации эктопических OPCs, наблюдаемой у мутантов Gsx2. Мы установили, что неправильная спецификация в VZ/SVZ предшественников dLGE на ст. E15.5 всё ещё происходит, указывая, что Ascl1 не нужен для инициальной эктопической спецификации OPCs у Gsx2 мутантов. Однако на ст. E18.5 в регионох кортикальной мантии мы обнаружили, что Gsx2; Ascl1 дввойные мутанты обладают нормальными количествми OPCs. Это указывает на то, что Ascl1 необходим для последующей экспансии эктопических OPCs, происходящих из мутантного dLGE. Это согласуется с недавним исследованием, которое продемонстировала, что Ascl1 необходим для пролиферации промежуточных предшественников (включая OPCs) внутри SVZ (Castro et al., 2011). Т.о., очевидно, что в dLGE Ascl1 играет роль в экспансии промежуточных предшественнкивов, а не в их инициальной спецификации. Как упоминалось выше, OPCs обычно не специфицируются в этом регионе вплоть до постнатальных стадий и поэтому потеря одного лишь Ascl1 обычно не оказывает эффекта на OPCs на более поздних эмбриональных стадиях. Наблюдаемая потребность в Ascl1 у мутантов Gsx2 может однакоуказывать на постнатальную роль Ascl1 в последующей экспансии постнатальных, происходящих из SVZ OPCs, которые обычно генерируются вследствие подавления Gsx2.

Итак , Gsx2 регулирует время продукции OPC из dLGE предшественников возможно, склоняя их к нейрогенезу и только после его подавления становится возможной спецификация OPC из этих переходных предшественников. Эти OPCs уникально приобретают Ascl1 для дальнейшей экспансии в соседние регионы мантии (коры). Т.о., Gsx2 представляет собой фактор обычно ассоциированный с формированием DV паттерна, который четко взаимодействует со спецификацией программы OPC, чтобы регулировать время и количетсво генерируемых OPCs из определенного региона телэнцефалона.