Очень плодотворно использование животных моделей для выявления генов-кандидатов. Напр., гены для таких TGF-β-родственных белков как Lefty2 и Nodal и Nodal кофактора CFC1 были известны своим участием в формировании лево-правостороннего паттерна у мышей и др. позвоночных (56). Простая и чёткая логика привела к идентификации CFC1 мутаций у пациентов с heterotaxy (57). Интригующим дополнением к этому исследованию было обнаружение сходных CFC1 мутаций у пациентов с субнабором кардиальных дефектов, которые обнаруживали иногда ассоциацию с гетертаксией, транспозиция магистральных артерий или двойной выход из правого желеудочка, но без каких-либо др. признаков гетеротаксии (58). Молекулярная основа CFC1 мутаций была изучена на модельных системах, таких как рыбки данио и эмбрионы кур и было установлено, что молекула принимает участие в передаче сигналов Nodal, таким образом подтверждена фундаментальная роль этого белка в клеточных сигнальных процессах (57, 59). В результате установлена генетическая основа кажущихся несвязанными врожденных пороков у людей и затем снова полный круг исследований для подтверждения базовых знаний о функции белков во время развития.
Высшим проявлением исскуства мышиной генетики стало открытие, что наиболее вероятной причиной 22q11 делеционного синдрома, известного также DiGeorge или CATCH22 синдром (OMIM no. 188400) является long soughtafter ген (60). Этот делеционный синдром является наиболее частыми микроделеционным синдромом у людей и проявляется чаще всего в виде черепнолицевых, тимусных и кардиальных аномалий. Кардиальные дефееты часто проявляются в виде татрады Фалло или дефектов аортальных дуг. Для обнаружния гена, вызывающего данное нарушение, ученые использовали благоприятный факт консервации или синтении этой области хромосомы 22 человека с областью в хромосоме 16 мыши, которые содержат более или менеее одни и те же гены и примерно в том же порядке (61). Используя гомологичную рекомбинацию в эмбриональных стволовых клетках были получены различные хромосомны делеции, чтобы выявить какая из областей мышинного генома эквивалентна 22q11 essencial области людей, вызывающей синдром (61) Baldini 2002. Наконец ,был определен соотв. небольшой интервал, набор генов которого при внесении нормализовал фенотип, вызываемый делецией. Эффект одной делеции устранялся геномным фрагментом, содержащим 4 гена, из которых один, Tbx1, по-видимому, и являлся наиболее вероятным кандидатом (62-64). Делеция одгого Tbx1 воспроизводила фенотип, вызываемый большой делецией, тем самым было подтверждено, что гаплонедостаточность только по этому гену вызывает 22q11 фенотип у мышей. Конечно, на самом деле всё оказалось сложнее, делеция одной копии Tbx1 у мышей не воспроизводила всего фенотипа, наблюдаемого у пациентов с 22q11 делециями, хотя мыши с отсутвием обеих копий этого гена имели полномасштабный синдром (65). Было очень просто определить различия в экспрессивности мутаций между видами. С одной стороны, это указывало на то, что и др. гены у человека из критического интервала также вносят вклад в фенотип. Эта возможность была подтверждена наблюдениями. что некоторые пациенты с синдромом ДиГеорге имеют делейии, которые не включают TBX1. C др. стороны, эти пациенты м. иметь делеции, которые включают элементы, которые важны для транскрипции TBX1. Независимо от этих неопределенностей идентификация ответственного гена стала возможна благодрая консервации генома мыши и человека и благодаря технике, которая позволила совершать манипуляции с геномом мыши. Др. делеционные синдромы, такие как синдром Дауна и Виллямса также м.б. изучены с помощью этого подхода для выяснения генетической и молекулярной основы.
A mouse teaches a man part 3: mouse model of CHDs
Генетика человека выявила ценную коллекцию генов, мутации которых вызывают CHDs. Чтобы понять, как эти мутации вызывают данные заболевания, чаще всего используются мышиные модели. Как было показано выше дл я делеционного синдрома 22q11 мыши являются очень удобной моделью. Они сейчаст успешно используются для выявления основы геплонедостаочности по Tbx1. Сегодня ясно, что синдром не связан с аномальной миграцией клеток нейрального гребня, как это было принято думать, а скорее всего обусловлен паракринными действиями мезенхимы бранхиальных дуг на мигрирующие клетки нейрального грбеня, когда они проходят через дуги (30, 60). Это паракринное действие м.б. обеспечиваться сигналами GFG (30).
Создана мышиная модель синдрома Холта-Орама, она полностью воспроизводит проявления у человека (Рис. 4): мыши без одной копии Tbx5 имеют тяжелые CHDs, включая ASDs и VSDs? а также дефекты проводящей системы (23). Очень возможно, что ранняя эмбриональная недостаточность транскрипции
connexin 40 является причиной части CHDs, т.е. гена, стоящего ниже Tbx5. Сегодня это формально было протестировано с использованием подходов трансгенного восстановления (rescue) (BGB, неопубликовано).
Мыши с отсутствием одной копии Nkx2-5 первоначально расматривались как нормальные, но после более тщательной проверки после открытия доминантных мутаций в гене человека, у этих мышей было обнаружены случайные дефекты межпредсердной перегородки, слабые нарушения проведения и двухстворяатых аортальных клапанов (67). Всё это обнаруживается у пациентов с мцтациями NKX2-5, но пенетрантность и тяжесть мутаций у мышей отлична от таковых у людей.
Эти мышиные модели м. также дать важную информацию о генах модификаторах. У людей и у мышей схрдные мутации м. вызывать разные массштабы фенотипов, которые у людей м. варьировать меэжджу семьями и между индивидами, а у мышей наблюдается вариабельность между инбредными линиями. В самом деле, мыши, лишенные Tbx1, Еич5 или Nkx2-5 имеют вариабельные зависимые от линии фенотипы (23, 67, 68). Картирование генов-модификаторов у мышей определённо более выполнимо, чем в популяциях человека и кандидаты модификаторы CHDs у мышей идентифицировна, иходя из знания их биологии. Напр., мыши с отсутствием одной копии Jagged1 гена, который мутантен у людей с доминантным Alagille синдромом, недостаточно хорошо воспроизводят болезнь людей. Однако, дополнительная делеция гена Notch2, который екодирует рецептор для Jagged1, становится прекрасной моделью синдрома Alagille (69). Сходный подход показал, что гаплонедостаочность по Tbx1 м.б. усилена уменьшением дозы гена Fgf8 (30).
Делеции индивидуальных генов у мышей м. также предоставлять информацию о болезнях человека. Напр.. делеции транскрипционных факторов FOG-2 или Hey2 lf.n фенотипы, напоминающие тетраду Фалло, указывая тем самым, что пути регулируемые этими генами, м.б. прерваны у людей с CHDs (70-73). Этот подход м.б. успешным, когда будут выявлены мутации в гомологах этих генов у пациентов с CHDs. Такие подходы нуждаются в больших популяциях пациентов и эффективных методах генетического скрининга. С завершением идентификации в геноме человека single nucleotide polimorphisms (SNPs), а также с появлением методов быстрого скринига SNPs это станет возможным уже в ближайшем будущем.
Conclusions and prospects
Развитие сердца является критическим процессом и его биология имеет отношение к фундаментальным вопросам эмбриогенеза, т.к. он приводит к врожденным порокам сердца. Открытие, что молекулы, важные для принятия ранних решений при формировании сердца, участвуют также в возникновении CHDs, является важным новым аспектом. Очевидно, что CHDs в основном обусловлены ранними дефектами в развитии сердца. Во-вторых, очевидно, что отдельные структуры сердца являются более чувствительными, чем др. к генетическим нарушениям. В-третьих, вожножно, что гены, которые определены как играющие роль в раннем развитии сердца, действуют и на последующих ступенях кардиального эмбриогенеза. Thus the multitude of pathways that are now being defined as key instructive signals in the early stages of heart development need to be integrayed into a cohesive whole for us to undestand the intricacies of both heart development and CHDs.
Сайт создан в системе
uCoz