Кардиальные трабекулы являются гребнями выстланного эндотелием миокарда, которые высовываются в просвет камер желудочков (Sedmera et al., 1997, 2000). Эти структуры формируются во время развития с помощью процесса, который использует пролиферацию и миграцию миоцитов в направлении эндокарда (Ong et al., 1998). По ходу развития трабекулы сливаются в компактный слой миокарда, перегородку между желудочками и папиллярные мышцы (Rychterova, 1971; Sedmera et al., 2000).

Изучение мутантов мышей предоставило информацию о молекулярных механизмах трабекуляции (Chen et al., 2009). Были описаны мутанты, которые обнаруживают аномалии в трабекуляции, от отсутствия трабекул до увеличения плотности трабекулярных кардиальных миоцитов. Напр., отсутствие трабекуляции ассоциировало с мутациями потери функции в генах, связанных с передачей сигналов Notch и ErbB (т.e., Notch1, Nrg1, Bmp10, ErbB2, ErbB4, Pofut1, RBPJk) (Gassmann et al., 1995; Lee et al., 1995; Grego-Bessa et al., 2007; Okamura and Saga, 2008) а также с геном, связанным в внеклеточным матриксом (ECM), Has2 (Camenisch et al., 2000) и др. генами, включая Brg1 (Stankunas et al., 2008). Напротив, гены, включая Fkbp1a, Peg1, Jarid2 и ADAMTS1, будучи делетированными ведут к усилению трабекуляции (Shou et al., 1998; Takeuchi et al., 1999; King et al., 2002; Stankunas et al., 2008).

Доказательства прямых и косвенных взаимодействий между многими из продуктов генов, ассоциированных с трабекуляцией, являются основой существования интегрированной регуляторной сети трабекуляции. Напр., Brg1 служит в качестве репрессора транскрипции секретируемой matrix metalloproteinase (MMP), ADAMTS1, экспрессируемой эндокардом желудочков во время ранних стадий трабекуляции (Stankunas et al., 2008). ADAMTS1 расщепляет протеогликан versican (Sandy et al., 2001), который экспрессируется трабекулированным миокардом желудочков (Henderson and Copp, 1998; Stankunas et al., 2008). Versican взаимодействует с гликозаминогликаном, hyaluronan, который синтезируется как миокардом, так и эндокардом желудочков (Stankunas et al., 2008) посредством hyaluronan synthase, Has2. В условиях дефицита Has2 отсутствие hyaluronan ведет к дефектной активации некоторых ErbB рецепторных тирозин киназ, ErbB2 и ErbB3 (Camenisch et al., 2002). Молекулярные основы обусловленной hyaluronan активации этих рецепторов неясны, но возможно действие hyaluronan в комплексе с versican (Koyama et al., 2007). В самом деле, versican, как было установлено, стимулирует фосфорилирование ErbB1 (Wu et al., 2004; Xiang et al., 2006) с помощью процесса, который, по-видимому, использует непосредственное взаимодействие между ErbB1 и G3 доменом в versican, который содержит два EGF-подобных мотива (Zhang et al., 1998). Это взаимодействие ведет к сигнальным событиям, которые включают фосфорилирование Erk1/2, увеличивают экспрессию ErbB1 (Wu et al., 2004) и зависимую от ErbB1 клеточную пролиферацию (Zhang et al., 1998).

Fibulin-1 (Fbln1) является белком внеклеточного матрикса (ECM), который будучи делетированным у мышей приводит к кардиальным аномалиям, включая истончение миокарда желудочков (Cooley et al., 2008). Более того, fibulin-1 взаимодействует с двумя ключевыми компонентами регуляторной сети трабекуляции, versican и ADAMTS1 (Aspberg et al., 1999; Lee et al., 2005). Базируясь на находках, что fibulin-1 служит в качестве кофактора ADAMTS1-обусловленного расщепления родственного versican протеогликана, aggrecan (Lee et al., 2005), а также из того, что кофактор для ADAMTS5-обеспечиваемого расщепления versican (McCulloch et al., 2009), fibulin-1 может также способствовать ADAMTS1-обеспечиваемому расщеплению versican. Значение предполагаемого fibulin-1/ADAMTS1-обеспечиваемого расщепления versican в контексте трабекуляции желудочков, неизвестно, но активность versicanase члена семейства ADAMTS в некоторых тканях, по-видимому, важна для регуляции эффектов, способствующих росту, версикана (McCulloch et al., 2009; Kern et al., 2010). Мы исследовали участие fibulin-1 в расщеплении versican в связи с морфогенезом желудочков сердца, используя модельных мышей, дефицитных по fibulin-1 (Cooley et al., 2008).

DISCUSSION

Наше исследование показало, что fibulin-1 необходим для ADAMTS1-обеспечиваемого расщепления versican в развивающихся желудочках сердца. Мы также продемонстрировали, что дефицит fibulin-1 ведет к увеличению пролиферации трабекулярных кардиомиоцитов, результат, сходный с тем, что возникает при дефиците ADAMTS1 (Stankunas et al., 2008). Эти находки, вместе с нашим доказательством, что versican V0/V1 является критическим для пролиферации кардиомиоцитов, привели к заключению, что fibulin-1-обеспечиваемое расщепление versican с помощью ADAMTS1 необходимо для супрессии пролиферации кардиомиоцитов желудочков во время развития сердца. Более того, наши находки показывают компонент процесса, с помощью которого fibulin-1 истощает пролиферацию клеток желудочков, используя свою способность супрессировать передачу сигналов ErbB2, обычно необходимую для пролиферации кардиомиоцитов трабекул (Lee et al., 1995; Liu et al., 2010).

Наши находки показывают, что пик экспрессии ADAMTS1 во время морфогенеза желудочков совпадает с пиком уровней продуктов расщепления версикана V1. Эти находки согласуются с теми, что получены в исследованиях по устранению Brg1, указывая, что ADAMTS1 является принципиальным членом семейства ADAMTS, обеспечивающим расщепление versican V1 во время морфогенеза желудочков (Stankunas et al., 2008). Устранение Brg1, как было установлено, дерепрессирует экспрессию ADAMTS1 в желудочках, приводя к повышению расщепления versican V1 в желудочках, что демонстрируется увеличением anti-DPEAAE иммуноокрашивания (Stankunas et al., 2008). Важно, что устранение Brg1 не меняет экспрессии ADAMTS5, ADAMTS9 или ADAMTS20 (Stankunas et al., 2008). Это, вместе с нашими находками, что fibulin-1 действует как кофактор для расщепления с помощью ADAMTS1 versican V1 in vitro и что расщепление versican V1 снижается более чем на 90% в желудочках fibulin-1 нулевых мутантов, указывает на то, что fibulin-1 действует, чтобы способствовать ADAMTS1-обеспечивамому расщеплению versican во время развития желудочков сердца. Наши находки не устраняют возможность, что дефицит fibulin-1 может также снижать активность др. членов семейства ADAMTS, экспрессируемых в желудочках и тем самым умножать негативный эффект расщепления versican. Подобно вентрикулярному фенотипу, возникающему в результате дефицита ADAMTS1, дефицит ADAMTS9, как было установлено, ведет к фенотипу, сходному с избыточной трабекуляцией, хотя ещё необходимо установить, вызывает ли его дефицит снижение протеолиза versican в желудочках (Kern et al., 2010). Мы также не можем исключить возможность, что дефицит fibulin-1 снижает расщепление с помощью ADAMTS субстратов, иных, чем versican (Porter et al., 2005). Из известных субстратов для ADAMTS1 только nidogen-1 участвует в формировании миокарда желудочков, так что комбинированный дефицит nidogen-1 и nidogen-2 приводит к истончению миокарда и гипоплазии трабекул (Bader et al., 2005).

Наблюдаемое снижение в желудочках экспрессии versican V0/V1 в промежуток времени E9.5-E16.5 (Fig. 5) в точности коррелирует со снижением профиля митотического индекса внутри слоя трабекул (Toyoda et al., 2003) , а так же со снижением экспрессии в желудочках MKi67 (Fig. 8A), cyclin D1 и CDK4 (Nakajima et al., 2011) и усилением экспрессии ингибитора клеточного цикла, p21Cip1 (Fig. 8B). В дополнение к уменьшению уровней транскриптов versican в этот временной промежуток, др. фактором, вносящим вклад в снижение уровней экспрессии versican является его протеолиз с помощью ADAMTS1, процесс, который увеличивается в желудочках после ст. E9.5. Начало протеолиза с помощью ADAMTS1 версикана является критическим для нормальной трабекуляции желудочков, как показывают исследования по устранению Brg1, показавшие, что преждевременная дерепрессия активности ADAMTS1, происходящая раньше, чем обычное расщепление versican, снижает трабекуляцию (Stankunas et al., 2008). Напротив, в условиях снижения расщепления versican, возникающих в результате дефицита ADAMTS1 кофактора, fibulin-1, пролиферация сохраняется в желудочках и после периода, когда обычно она затухает (Fig. 10). Итак, эти находки подтверждают, что ослабление передачи сигналов versican с помощью снижения транскрипции или протеолитического расщепления versican (особенно варианта V1) может быть необходимо для подавления пролиферации клеток в желудочках во время временного отрезка E9.5-E16.5.

Несколько исследований продемонстрировали, что ErbB2 необходим для пролиферации кардиомиоцитов трабекул (Lee et al., 1995; Liu et al., 2010). Более того, супрессия активации ErbB2 происходит у мышей, дефицитных по гликозаминогликану, связывающему versican, hyaluronan (Camenisch et al., 2002), который также вызывает отсутствие трабекуляции (Camenisch et al., 2000). Эти находки вместе с доказательством, что versican V0/V1 необходим для пролиферации кардиомиоцитов и трабекуляции желудочков (Fig. 9) подтверждают, что связанный с hyaluronan версикан может управлять пролиферацией трабекулярных кардиомиоцитов посредством ErbB2-зависимого сигнального механизма, который включает нижестоящую активацию компонентов пути MAPK/ERK. Как мы здесь показали, в условиях, при которых протеолиз versican снижен в результате отсутствия fibulin-1, мы не только наблюдали увеличение пролиферации клеток желудочков, но и также достоверное увеличение активации ErbB2 в желудочках, сопровождаемое повышенной активацией нижестоящего Erk1/2 (Fig. 12). Возможно, что это увеличение активации ErbB2-Erk1/2 и усиление пролиферации кардиомиоцитов лежат в основе наблюдаемых аномалий в миокарде желудочков в сердцах fibulin-1-дефицитных мышей, т.e., тонкий миокард и расширенный трабекулярный слой (Cooley et al., 2008), что согласуется с находками Nakamura et al. (2007), показавшими, что повышенная активация Erk1/2 в миокарде желудочков ведет к повышенной пролиферации кардиомиоцитов и отсутствию компакции желудочков.